JP5320414B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

A fuel cell system includes a fuel cell (1), an evaporating portion (2), a reforming portion (3), a tank (4), a heating portion (40), a water supply passage (8), a water supply source (80) being switchable between a normal mode in which water in the tank is sent to the evaporating portion by a first rotation, and a reverse mode in which the water in the water supply passage is returned to the tank by a second rotation, and a control portion (100) performing a freeze restraining process by controlling the water supply source to alternately operate in the normal mode and the reverse mode in a case where the control portion determines a possibility of a freezing or a start of the freezing of at least one of the water supply passage and the water supply source.

Description

本発明は、改質用の水蒸気となる原料水を溜めるタンクを有する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system having a tank for storing raw water serving as steam for reforming.

特許文献1は、燃料電池本体内の配管が凍結しそうな場合には、貯湯槽からの温かい循環水を凍結しそうな配管の近くに流すことにより配管の凍結防止を図る技術を開示している。特許文献2は、燃料電池の運転中に改質水配管が凍結しそうな場合には、貯湯槽からの暖かい循環水を水処理装置を介して水タンクにいれることで、改質水の温度を上げて、改質水配管の凍結防止を図る技術を開示している。特許文献3は、燃料電池本体内の温度が低い場合、内部の配管が凍結しないように燃料電池本体内に凍結防止用ヒータと換気ファンを作動させることで、ハウジング内部の温度を上昇させ、配管の凍結防止を図る技術を開示している。   Patent Document 1 discloses a technique for preventing the pipe from freezing by flowing warm circulating water from a hot water tank near the pipe that is likely to freeze when the pipe in the fuel cell body is likely to freeze. In Patent Document 2, when the reforming water pipe is likely to freeze during the operation of the fuel cell, the temperature of the reforming water is adjusted by putting warm circulating water from the hot water storage tank into the water tank via the water treatment device. And a technology for preventing the freezing of the reforming water piping. In Patent Document 3, when the temperature inside the fuel cell body is low, the temperature inside the housing is increased by operating the antifreezing heater and the ventilation fan in the fuel cell body so that the internal piping does not freeze. Discloses technology to prevent freezing.

特開2003−282105号公報JP 2003-282105 A 特開2008−243590号公報JP 2008-243590 A 特開2005−259494号公報JP 2005-259494 A

特許文献1では、貯湯槽に溜めた湯の熱量が余分に使われ、貯湯槽における排熱回収効率が低下する不具合がある。特許文献2では、貯湯槽からの暖かい水を水タンクに導入するため、同様に、貯湯槽における排熱回収効率が低下する不具合がある。更に、改質水を溜めている水精製器の寿命が短くなる不具合がある。また、燃料電池システムの停止中には、改質水配管の凍結防止はできない不具合がある。特許文献3では、ハウジング内部の温度を上昇させるものの、配管類の凍結防止は必ずしも充分ではない。   In Patent Document 1, there is a problem that the amount of heat of hot water stored in the hot water storage tank is excessively used and the exhaust heat recovery efficiency in the hot water storage tank is lowered. In patent document 2, since warm water from a hot water storage tank is introduced into a water tank, there is a problem that exhaust heat recovery efficiency in the hot water storage tank is similarly reduced. Furthermore, there is a problem that the life of the water purifier storing the reformed water is shortened. Further, there is a problem that the reforming water piping cannot be prevented from being frozen while the fuel cell system is stopped. In Patent Document 3, although the temperature inside the housing is raised, prevention of freezing of the piping is not always sufficient.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、冬期または寒冷地等において、貯湯槽の湯を用いることなく、改質用の水蒸気となる原料水を溜めるタンクと蒸発部とを繋ぐ給水通路における凍結を抑えるのに更に有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and in the winter season or cold districts, without using hot water in a hot water storage tank, water supply that connects a tank for storing raw water that becomes steam for reforming and an evaporation section It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that is more advantageous for suppressing freezing in a passage.

本発明に係る燃料電池システムは、(i)アノード流体およびカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、(ii)原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、(iii)蒸発部で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部と、(iv)蒸発部に供給される原料水を溜めるタンクと、(v)タンクに供給される原料水またはタンクに貯留されている原料水を加熱させる加熱部と、(vi)タンクと蒸発部とを連通させタンク内の原料水を蒸発部の入口ポートに向けて供給させる給水通路と、(vii)給水通路に設けられ正回転によりタンク内の水を蒸発部に搬送させる正モードと逆回転により給水通路の水をタンク内に戻す逆モードとに切り替え可能な水搬送源と、(viii)水搬送源を制御する制御部と、(ix)環境温度を検知するための温度センサとを具備しており、(x)制御部は、給水通路および水搬送源のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるとき、または、凍結が開始されているとき、水搬送源の正モードおよび逆モードを交互に実行させ、タンク内の原料水を給水通路において往復移動させて給水通路の凍結を抑える凍結抑制処理を実行する。   A fuel cell system according to the present invention includes: (i) a fuel cell that is supplied with an anode fluid and a cathode fluid to generate power; (ii) an evaporation unit that evaporates raw water to generate water vapor; and (iii) an evaporation unit. A reforming unit that reforms the fuel using the generated water vapor to form an anode fluid, (iv) a tank that stores raw water supplied to the evaporation unit, and (v) raw water supplied to the tank or A heating unit for heating the raw material water stored in the tank; (vi) a water supply passage for connecting the tank and the evaporation unit to supply the raw material water in the tank toward the inlet port of the evaporation unit; and (vii) a water supply A water transport source provided in the passage and capable of switching between a normal mode in which water in the tank is transported to the evaporation section by forward rotation and a reverse mode in which water in the water supply passage is returned into the tank by reverse rotation; (viii) water transport source Control And (ix) a temperature sensor for detecting environmental temperature, and (x) the control unit may cause freezing in at least one of the water supply passage and the water conveyance source. Or when freezing is started, a freezing suppression process is performed in which the forward mode and the reverse mode of the water conveyance source are alternately executed, and the raw water in the tank is reciprocated in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage. Run.

本発明に係る燃料電池システムによれば、冬期または寒冷地等において、給水通路および水搬送源のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるとき、または、凍結が開始されているとき、制御部は、水搬送源を正モードおよび逆モードで交互に駆動させる凍結抑制処理を実行する。これによりタンク内の凍結温度よりも高温に維持されている液相状の原料水を給水通路において往復移動させ、給水通路の凍結を抑える。なお、給水通路内の原料水の状況に応じて、正モード→逆モードの順にしても良いし、逆モード→正モードの順にしても良い。   According to the fuel cell system of the present invention, when there is a risk of freezing in at least one of the water supply passage and the water transport source in winter or in a cold region, or when freezing is started, control is performed. The unit executes a freezing suppression process that alternately drives the water conveyance source in the normal mode and the reverse mode. As a result, the liquid-phase raw water maintained at a temperature higher than the freezing temperature in the tank is reciprocated in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage. In addition, according to the condition of the raw material water in a water supply channel | path, you may carry out in order of normal mode-> reverse mode, and may be in order of reverse mode-> normal mode.

本発明によれば、冬期または寒冷地等において、給水通路および水搬送源のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるとき、または、凍結が開始されているとき、タンク内の凍結温度以上に維持されている液相状の原料水を給水通路において往復移動させ、給水通路の凍結を抑えることができる。このため冬期または寒冷地等においても燃料電池システムを容易に起動させて運転できる。本発明によれば、貯湯槽の温水を使用せずとも良いため、貯湯槽の排熱効率を高く維持させることができる。   According to the present invention, when there is a risk of freezing in at least one of the water supply passage and the water transport source in winter or in a cold region, or when freezing is started, the temperature is equal to or higher than the freezing temperature in the tank. The liquid phase raw water maintained in the reciprocating manner can be reciprocated in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage. Therefore, the fuel cell system can be easily activated and operated even in winter or in cold regions. According to the present invention, it is not necessary to use the hot water in the hot water tank, so that the exhaust heat efficiency of the hot water tank can be maintained high.

実施形態1に係り、燃料電池システムを示す図である。1 is a diagram illustrating a fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. 他の実施形態に係り、制御部が実行する凍結抑制処理のフローチャートである。It is a flowchart of the freezing suppression process which concerns on other embodiment and a control part performs. 別の実施形態に係り、制御部が実行する凍結抑制処理の正モードのフローチャートである。It is a flowchart in the positive mode of the freeze suppression process which concerns on another embodiment and the control part performs. 更に別の実施形態に係り、制御部が実行する凍結抑制処理の正モードのフローチャートである。10 is a flowchart in a positive mode of a freeze suppression process executed by a control unit according to still another embodiment.

本発明によれば、制御部は、給水通路および水搬送源のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるとき、水搬送源を正モードおよび逆モードで交互に実行させる凍結抑制処理を実行する。これによりタンク内に溜められている凍結温度よりも高い温度をもつ原料水(以下、水ともいう)を給水通路において往復移動させて給水通路の凍結を抑える。給水通路に存在する水量が多い場合には、逆モード→正モード→逆モード…等の順に実行できる。給水通路に存在する水量が少ない場合には、逆モード→正モード→逆モード…等の順に実行でき、あるいは、正モード→逆モード→正モード…等の順に実行できる。給水通路に水が存在しない場合には、正モード→逆モード→正モード→逆モード……等の順に実行できる。   According to the present invention, the control unit executes the freeze suppression process in which the water conveyance source is alternately executed in the normal mode and the reverse mode when freezing may occur in at least one of the water supply passage and the water conveyance source. To do. Thus, raw water having a temperature higher than the freezing temperature stored in the tank (hereinafter also referred to as water) is reciprocated in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage. When the amount of water present in the water supply passage is large, it can be executed in the order of reverse mode → normal mode → reverse mode. When the amount of water present in the water supply passage is small, it can be executed in the order of reverse mode → normal mode → reverse mode, etc., or can be executed in the order of normal mode → reverse mode → normal mode. When there is no water in the water supply passage, the normal mode, reverse mode, normal mode, reverse mode, etc. can be executed in this order.

好ましい形態によれば、制御部は、凍結抑制処理の開始時に、正モードよりも逆モードを優先させ、水搬送源を逆モードとして駆動させることにより給水通路内の水を空状態にさせてタンク内に戻す戻し処理を実行する。この場合、給水通路内の水が空状態となるため、給水通路の基準状態が確保される。ここで、給水通路の通路長および通路容積は既知であり、水搬送源の単位時間あたりの水搬送量も既知である。このため、基準状態(給水通路の水が空の状態)に対して、給水通路内に供給された水の合計流量が求められる。この結果、給水通路内に供給された水の水位が求められ、ひいては給水通路において凍結防止処理が実行されている領域が求められる。   According to a preferred embodiment, the control unit prioritizes the reverse mode over the normal mode at the start of the freezing suppression process, and drives the water conveyance source as the reverse mode, thereby emptying the water in the water supply passage to the tank. Execute the return processing to return to the inside. In this case, since the water in the water supply passage becomes empty, the reference state of the water supply passage is ensured. Here, the passage length and passage volume of the water supply passage are known, and the amount of water transport per unit time of the water transport source is also known. For this reason, the total flow rate of the water supplied into the water supply passage is obtained with respect to the reference state (the state where the water in the water supply passage is empty). As a result, the level of the water supplied into the water supply passage is determined, and as a result, the region where the antifreezing process is performed in the water supply passage is determined.

好ましい形態によれば、制御部は、給水通路に凍結が発生していると判定するとき、加熱部の単位時間あたりの発熱量を増加させ、タンク内の原料水を昇温させる。次回に正モードが実施されるとき、昇温された原料水を給水通路に供給できる。   According to a preferred embodiment, when the control unit determines that freezing has occurred in the water supply passage, the control unit increases the amount of heat generated per unit time of the heating unit and raises the temperature of the raw water in the tank. When the positive mode is executed next time, the heated raw material water can be supplied to the water supply passage.

システムの環境温度を検知するための温度センサが設けられている。環境温度は、システムを設置する場所の温度でも良いし、システムの筐体の内部温度とすることもできる。好ましい形態によれば、制御部は、温度センサで検知する温度が第1閾値温度T1(凍結を考慮した温度,T1≦5℃)以下であるとき、凍結のおそれが少なからずあるため、水搬送源を逆モードとして駆動させることにより、給水通路内の水を減少または空状態にさせてタンク内に戻すことができる。風が吹きやすい等といったシステムの設置場所等を考慮し、T1としては1℃、3℃、5℃等を選択できるが、これらに限定されるものではない。なお、強風が吹く場所では第1閾値温度T1は低めにできる。   A temperature sensor is provided for detecting the environmental temperature of the system. The environmental temperature may be a temperature at a place where the system is installed or may be an internal temperature of the system casing. According to a preferred embodiment, when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than the first threshold temperature T1 (temperature considering freezing, T1 ≦ 5 ° C.), there is a considerable risk of freezing. By driving the source in the reverse mode, the water in the water supply passage can be reduced or emptied and returned to the tank. In consideration of the installation location of the system such as easy blowing of wind, etc., 1 ° C., 3 ° C., 5 ° C., etc. can be selected as T1, but it is not limited to these. Note that the first threshold temperature T1 can be lowered in places where strong winds blow.

また、温度センサで検知する温度が第2閾値温度T2(T2<T1)以下であるとき、制御部は、凍結が発生するおそれがあると判定する。これにより制御部は水搬送源を正モードおよび逆モードで交互に実行させ、タンク内の水を給水通路において往復移動させて給水通路の凍結を抑える凍結抑制処理を実行することが好ましい。環境温度としては、外気温度、または、燃料電池システムのハウジング内(例えばハウジングの吸気口側)の温度が例示される。   Further, when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than the second threshold temperature T2 (T2 <T1), the control unit determines that there is a possibility of freezing. Accordingly, it is preferable that the control unit execute a freeze suppression process in which the water conveyance source is alternately executed in the normal mode and the reverse mode, and water in the tank is reciprocated in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage. Examples of the environmental temperature include the outside air temperature and the temperature inside the housing of the fuel cell system (for example, the inlet side of the housing).

好ましい形態によれば、給水通路のうち蒸発部と水搬送源との間の通路部分における水の存在を検知するための水センサが設けられている。この場合、制御部は、水搬送源を駆動させるとき水センサからの信号に基づいて、水搬送源の正モードを停止させることが好ましい。水センサが水を検知した場合には、水が蒸発部の直前に到達している。このため蒸発部への水の進入を抑制すべく、正モードを停止させることが好ましい。水センサとしては、通路部分における水の存在を検知できるものであれば何でも良く、静電容量式センサ、電気抵抗式センサ、重量センサ、水頭圧センサ等が例示される。   According to a preferred embodiment, a water sensor is provided for detecting the presence of water in a passage portion between the evaporation section and the water conveyance source in the water supply passage. In this case, it is preferable that the control unit stops the normal mode of the water conveyance source based on a signal from the water sensor when driving the water conveyance source. When the water sensor detects water, the water has reached just before the evaporation section. For this reason, it is preferable to stop the positive mode in order to suppress the entry of water into the evaporation section. Any water sensor may be used as long as it can detect the presence of water in the passage portion, and examples thereof include a capacitance sensor, an electric resistance sensor, a weight sensor, and a water head pressure sensor.

好ましい形態によれば、制御部は、水搬送源を正モードで駆動させるとき、水搬送源の駆動時間または水搬送源の駆動量に基づいて、水搬送源の正モードから逆モードに切り替える。この場合、タンク内の水が給水通路に過剰に供給されることが回避され、水が蒸発部に進入することが抑制される。水搬送源の駆動時間または駆動量は、基本的には、タンク内の水を給水通路に供給させた水の流量に相当する。このため、給水通路の基準状態から給水通路に供給された水の水位が把握される。ひいては給水通路のうち水により凍結抑制できる領域が把握される。   According to a preferred embodiment, when the water conveyance source is driven in the normal mode, the control unit switches from the normal mode of the water conveyance source to the reverse mode based on the drive time of the water conveyance source or the drive amount of the water conveyance source. In this case, it is avoided that the water in the tank is excessively supplied to the water supply passage, and the water is prevented from entering the evaporation section. The driving time or driving amount of the water conveyance source basically corresponds to the flow rate of water supplied from the water in the tank to the water supply passage. For this reason, the water level of the water supplied to the water supply passage from the reference state of the water supply passage is grasped. As a result, the area | region which can suppress freezing with water among water supply passages is grasped | ascertained.

好ましい形態によれば、モータはステッピングモータとされている。この場合、正モードを1回完了するにあたり、ステッピングモータに給電されるパルス総数をNaとする。または、正モードを1回完了するにあたり、ステッピングモータが駆動する駆動時間をtaとする。ここで、ステッピングモータに給電されるパルス総数Na、ステッピングモータの駆動時間taは、給水通路の水が空状態(基準状態)のときにおいて、ステッピングモータが正回転してポンプが正モードで駆動するとき、給水通路を蒸発部に向けて流れる水が水センサの高さ位置(給水通路のうち蒸発部の入口ポートの直前)まで到達できるように設定されていることが好ましい。   According to a preferred embodiment, the motor is a stepping motor. In this case, when completing the positive mode once, the total number of pulses fed to the stepping motor is Na. Alternatively, when the positive mode is completed once, the driving time for driving the stepping motor is ta. Here, the total number Na of pulses fed to the stepping motor and the driving time ta of the stepping motor are such that when the water in the water supply passage is empty (reference state), the stepping motor rotates forward and the pump is driven in the positive mode. At this time, it is preferable that the water flowing in the water supply passage toward the evaporation section can reach the height position of the water sensor (just before the inlet port of the evaporation section in the water supply passage).

この場合、給水通路の水が空状態(基準状態)を起点とし、ステッピングモータに給電されるパルス総数がNaに到達する前に、または、ステッピングモータの駆動時間がtaに到達する前に、水センサが水を検知するときには、給水通路の内壁面が凍結して給水通路の流路断面積が小さくなっているものと判定される。そこで、制御部は、加熱部の単位時間あたりの発熱量を初期よりΔW増加させることが好ましい。この場合、次回の正モードを実行するときにおいて給水通路に供給する水の温度を昇温させて凍結防止性を高めることができる。凍結抑制処理におけるモータ(ステッピングモータ)の回転速度について、正モード時の回転速度をVaとし、逆モード時の回転速度をVcとするとき、Va=Vc、Va≒Vc、Va<Vc、Va>Vcのいずれでも良い。また、制御部は、給水通路に凍結が発生していると判定するとき、正モードおよび逆モードを繰り返して複数回実行し、正モードの実行回数が増加するにつれて加熱部の単位時間あたりの発熱量を初期よりも段階的にまたは連続的に増加させることにより、タンク内の原料水を昇温させることが好ましい。正モードの実行回数が増加するにつれてタンク内の原料水を昇温させるため、凍結解除に有利である。   In this case, the water in the water supply passage starts from an empty state (reference state), and before the total number of pulses fed to the stepping motor reaches Na or before the driving time of the stepping motor reaches ta. When the sensor detects water, it is determined that the inner wall surface of the water supply passage is frozen and the flow passage cross-sectional area of the water supply passage is small. Therefore, the control unit preferably increases the amount of heat generated per unit time of the heating unit by ΔW from the initial stage. In this case, when the next normal mode is executed, the temperature of the water supplied to the water supply passage can be raised to improve the freeze prevention. Regarding the rotation speed of the motor (stepping motor) in the freeze suppression process, Va = Vc, Va≈Vc, Va <Vc, Va>, where Va is the rotation speed in the normal mode and Vc is the rotation speed in the reverse mode. Any of Vc may be used. Further, when the control unit determines that the water supply passage is frozen, the control unit repeatedly executes the normal mode and the reverse mode a plurality of times, and the heating unit generates heat per unit time as the number of executions of the normal mode increases. It is preferable to raise the temperature of the raw material water in the tank by increasing the amount stepwise or continuously from the initial stage. Since the temperature of the raw material water in the tank is increased as the number of executions of the normal mode increases, it is advantageous for freezing release.

[実施形態1]
図1は実施形態1の概念を示す。図1に示すように、燃料電池システムは、燃料電池1と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部2と、蒸発部2で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部3と、蒸発部2に供給される液相状の水を溜めるタンク4と、これらを収容するケース5とを有する。燃料電池1は、イオン伝導体を挟むアノード10とカソード11とをもち、例えば、SOFCとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池(運転温度:例えば400℃以上)を適用できる。改質部3は、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部2に隣設されており、温度センサ33を有する。改質部3および蒸発部2は改質器2Aを構成しており、燃料電池1と共に断熱壁19で包囲され、発電モジュール18を形成している。改質部3,蒸発部2と燃料電池1との間には、着火部35をもつ燃焼部105が設けられている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows the concept of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system reforms fuel using a fuel cell 1, an evaporation unit 2 that evaporates liquid-phase water to generate water vapor, and water vapor generated by the evaporation unit 2. The reforming unit 3 for forming an anode fluid, the tank 4 for storing liquid-phase water supplied to the evaporation unit 2, and the case 5 for storing them. The fuel cell 1 includes an anode 10 and a cathode 11 that sandwich an ion conductor, and for example, a solid oxide fuel cell (operating temperature: 400 ° C. or higher), which is also called SOFC, can be applied. The reforming unit 3 is formed by supporting a reforming catalyst on a carrier such as ceramics, is adjacent to the evaporation unit 2, and includes a temperature sensor 33. The reforming unit 3 and the evaporation unit 2 constitute a reformer 2A and are surrounded by a heat insulating wall 19 together with the fuel cell 1 to form a power generation module 18. A combustion unit 105 having an ignition unit 35 is provided between the reforming unit 3 and the evaporation unit 2 and the fuel cell 1.

運転時には、改質器2Aは改質反応に適するように断熱壁19内において加熱される。運転時には、蒸発部2は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃料電池1がSOFCタイプの場合には、アノード10側から流路103を経て排出されたアノード排ガスと、カソード11側から流路104を経て排出されたカソード排ガスが燃焼部105で燃焼するため、改質部3および蒸発部2は同時に加熱される。   During operation, the reformer 2A is heated in the heat insulating wall 19 so as to be suitable for the reforming reaction. During operation, the evaporation unit 2 is heated so that water can be heated to steam. When the fuel cell 1 is of the SOFC type, the anode exhaust gas discharged from the anode 10 side via the flow path 103 and the cathode exhaust gas discharged from the cathode 11 side via the flow path 104 burn in the combustion unit 105. The reforming unit 3 and the evaporation unit 2 are heated simultaneously.

燃料通路6は、燃料源63からの燃料を改質器2Aに供給させるものであり、燃料ポンプ60および脱硫器62をもつ。燃料電池1のカソード11には、カソード流体(空気)をカソード11に供給させるためのカソード流体通路70が繋がれている。カソード流体通路70には、カソード流体搬送用の水搬送源として機能するカソードポンプ71が設けられている。   The fuel passage 6 supplies fuel from the fuel source 63 to the reformer 2 </ b> A, and includes a fuel pump 60 and a desulfurizer 62. A cathode fluid passage 70 for supplying cathode fluid (air) to the cathode 11 is connected to the cathode 11 of the fuel cell 1. The cathode fluid passage 70 is provided with a cathode pump 71 that functions as a water transport source for transporting the cathode fluid.

図1に示すように、ケース5は外気に連通する吸気口50と排気口51とをもち、更に、第1室である上室空間52と、第2室である下室空間53とをもつ。燃料電池1は、改質部3および蒸発部2と共に、ケース5の上側つまり上室空間52に収容されている。ケース5の下室空間53には、改質部3で改質される液相状の水を溜めるタンク4が収容されている。タンク4には、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部40が設けられている。加熱部40は、タンク4に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部100からの指令に基づいて、タンク4の水は加熱部40により所定温度(例えば5℃、10℃、20℃)以上に加熱され、凍結が抑制される。なお、タンク4内の水位は基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。   As shown in FIG. 1, the case 5 has an intake port 50 and an exhaust port 51 communicating with outside air, and further has an upper chamber space 52 as a first chamber and a lower chamber space 53 as a second chamber. . The fuel cell 1 is housed together with the reforming unit 3 and the evaporation unit 2 in the upper side of the case 5, that is, in the upper chamber space 52. The lower chamber space 53 of the case 5 accommodates a tank 4 that stores liquid-phase water reformed by the reforming unit 3. The tank 4 is provided with a heating unit 40 having a heating function such as an electric heater. The heating unit 40 heats the water stored in the tank 4 and can be formed with an electric heater or the like. When the environmental temperature such as the outside air temperature is low, the water in the tank 4 is heated to a predetermined temperature (for example, 5 ° C., 10 ° C., 20 ° C.) or more by the heating unit 40 based on a command from the control unit 100. Freezing is suppressed. It is preferable that the water level in the tank 4 is basically substantially the same.

図1に示すように、下室空間53側のタンク4の出口ポート4pと上室空間52側の蒸発部2の入口ポート2iとを連通させる給水通路8が、配管としてケース5内に設けられている。図1に示すように、ケース5内において、タンク4は蒸発部2の下側に配置されているため、給水通路8は縦方向に沿って延びる。給水通路8には加熱部40が設けられていない。本実施形態に係る凍結抑制処理により給水通路8の凍結が抑えられるためである。   As shown in FIG. 1, a water supply passage 8 that connects the outlet port 4p of the tank 4 on the lower chamber space 53 side and the inlet port 2i of the evaporator 2 on the upper chamber space 52 side is provided in the case 5 as a pipe. ing. As shown in FIG. 1, in the case 5, since the tank 4 is disposed below the evaporation unit 2, the water supply passage 8 extends along the vertical direction. The heating section 40 is not provided in the water supply passage 8. This is because freezing of the water supply passage 8 is suppressed by the freeze suppression process according to the present embodiment.

給水通路8は、タンク4内に溜められている水をタンク4の出口ポート4pから蒸発部2の入口ポート2iに向けて蒸発部2に供給させる通路である。給水通路8には、タンク4内の水を蒸発部2まで搬送させる水搬送源として機能するポンプ80が設けられている。ポンプ80はギヤポンプ等のシール性が良い公知のポンプを採用できる。ポンプ80はこれを駆動させる電気式のモータ82をもつ。ポンプ80は高い水シール性をもち、給水通路8においてポンプ80の吐出ポート80pよりも下流上方に水が存在する場合、その水は長期にわたりポンプ80よりも上流に漏れることが抑制されている。従って、燃料電池システムの運転停止時には、給水通路8においてポンプ80の吐出ポート80pよりも下流の通路部分8xに水が存在することが多い。このような水は冬期または寒冷地等において凍結の要因となり易い。なお、給水通路8は蒸発部2,改質部3、燃料電池1等を介して大気に連通するようにされている。   The water supply passage 8 is a passage through which water accumulated in the tank 4 is supplied from the outlet port 4p of the tank 4 to the inlet port 2i of the evaporator 2 to the evaporator 2. The water supply passage 8 is provided with a pump 80 that functions as a water conveyance source for conveying water in the tank 4 to the evaporation unit 2. As the pump 80, a known pump having a good sealing property such as a gear pump can be adopted. The pump 80 has an electric motor 82 for driving it. The pump 80 has a high water sealing property. When water is present in the water supply passage 8 downstream from the discharge port 80p of the pump 80, the water is prevented from leaking upstream from the pump 80 over a long period of time. Therefore, when the operation of the fuel cell system is stopped, water is often present in the water supply passage 8 in the passage portion 8x downstream of the discharge port 80p of the pump 80. Such water tends to cause freezing in winter or in cold regions. The water supply passage 8 is communicated with the atmosphere via the evaporation unit 2, the reforming unit 3, the fuel cell 1, and the like.

本実施形態によれば、ポンプ80を駆動させるモータ82は、正回転および逆回転可能とされている。すなわち、モータ82は、正方向に回転駆動してタンク4内の水を出口ポート4pから蒸発部2の入口ポート2iに向けて搬送させる正モードと、逆方向に回転駆動して給水通路8の水を出口4pからタンク4内に戻す逆モードとに切り替え可能とされている。従って、モータ82を有するポンプ80は、タンク4内の水を蒸発部2に搬送させる正モードと、給水通路8の水をタンク4内に戻す逆モードとに切り替え可能とされている。モータ82を駆動回路を介して制御するための制御部100が設けられている。モータ82としては、正回転および逆回転可能なモータであれば何でも良いが、ステッピングモータが好ましい。制御部100はモータ82を介してポンプ80を制御する。更に、制御部100はポンプ71,79,60のモータを介してポンプ71,79,60を制御する。   According to the present embodiment, the motor 82 that drives the pump 80 can rotate forward and backward. That is, the motor 82 is rotationally driven in the forward direction to transport the water in the tank 4 from the outlet port 4p toward the inlet port 2i of the evaporation unit 2, and is rotated in the reverse direction to rotate the water supply passage 8. Switching to a reverse mode in which water is returned from the outlet 4p into the tank 4 is possible. Therefore, the pump 80 having the motor 82 can be switched between a normal mode in which the water in the tank 4 is transported to the evaporation unit 2 and a reverse mode in which the water in the water supply passage 8 is returned to the tank 4. A control unit 100 is provided for controlling the motor 82 via a drive circuit. The motor 82 may be any motor that can rotate forward and backward, but a stepping motor is preferred. The control unit 100 controls the pump 80 via the motor 82. Further, the control unit 100 controls the pumps 71, 79, 60 via the motors of the pumps 71, 79, 60.

システムの起動時において、ポンプ60が駆動すると、燃料通路6から燃料が蒸発部2,改質部3,アノード流体通路73,燃料電池1のアノード10,流路103を介して燃焼部105に流れる。カソードポンプ71によりカソード流体(空気)がカソード流体通路70、カソード11,流路104を介して燃焼部105に流れる。この状態で着火部35が着火すると、燃焼部105において燃焼が発生し、改質部3および蒸発部2が加熱される。このように改質部3および蒸発部2が加熱された状態で、ポンプ80が正モードで駆動すると、タンク4内の水はタンク4の出口ポート4pから蒸発部2の入口ポート2iに向けて給水通路8内を搬送され、蒸発部2で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、燃料通路6から供給される燃料(ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い)と共に改質部3に移動する。改質部3において燃料は水蒸気で改質されてアノード流体(水素含有ガス)となる。アノード流体はアノード流体通路73を介して燃料電池1のアノード10に供給される。更にカソード流体(酸素含有ガス、ケース5内の空気)がカソード流体通路70を介して燃料電池1のカソード11に供給される。これにより燃料電池1が発電する。アノード10から排出されたアノード流体のオフガス、カソード11から排出されたカソード流体のオフガスは、流路103,104を通過し、燃焼部105に至り、燃焼部105で燃焼される。高温の排ガスは、排ガス通路75を介してケース5の外方に排出される。   When the pump 60 is driven at the time of starting the system, the fuel flows from the fuel passage 6 to the combustion portion 105 via the evaporation portion 2, the reforming portion 3, the anode fluid passage 73, the anode 10 of the fuel cell 1, and the flow passage 103. . Cathode fluid (air) flows to the combustion section 105 through the cathode fluid passage 70, the cathode 11, and the flow path 104 by the cathode pump 71. When the ignition unit 35 ignites in this state, combustion occurs in the combustion unit 105, and the reforming unit 3 and the evaporation unit 2 are heated. When the pump 80 is driven in the positive mode while the reforming unit 3 and the evaporation unit 2 are heated in this way, the water in the tank 4 flows from the outlet port 4p of the tank 4 toward the inlet port 2i of the evaporation unit 2. It is conveyed in the water supply passage 8 and heated by the evaporation unit 2 to be steam. The water vapor moves to the reforming unit 3 together with the fuel supplied from the fuel passage 6 (preferably in a gaseous state, but may be in a liquid phase in some cases). In the reforming unit 3, the fuel is reformed with water vapor to become an anode fluid (hydrogen-containing gas). The anode fluid is supplied to the anode 10 of the fuel cell 1 through the anode fluid passage 73. Further, the cathode fluid (oxygen-containing gas, air in the case 5) is supplied to the cathode 11 of the fuel cell 1 through the cathode fluid passage 70. Thereby, the fuel cell 1 generates electric power. The anode fluid off-gas discharged from the anode 10 and the cathode fluid off-gas discharged from the cathode 11 pass through the flow paths 103 and 104, reach the combustion section 105, and are combusted in the combustion section 105. The hot exhaust gas is discharged outside the case 5 through the exhaust gas passage 75.

排ガス通路75には、凝縮機能をもつ熱交換器76が設けられている。貯湯槽77に繋がる貯湯通路78および貯湯ポンプ79が設けられている。貯湯通路78は往路78aおよび復路78cをもつ。貯湯槽77の低温の水は、貯湯ポンプ79の駆動により、貯湯槽77の吐出ポート77pから吐出されて往路78aを通過し、熱交換器76に至り、熱交換器76で加熱される。熱交換器76で加熱された水は、復路78cを介して帰還ポート77iから貯湯槽77に帰還する。このようにして貯湯槽77の水は温水となる。前記した排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器76で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器76から延設された凝縮水通路42を介して重力等により浄水部43に供給される。浄水部43はイオン交換樹脂等の水浄化剤43aを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水は水タンク4に移動し、水タンク4に溜められる。ポンプ80が正モードで駆動すると、水タンク4内の水は給水通路8を介して高温の蒸発部2に供給され、蒸発部2で水蒸気とされて改質部3に供給され、改質部3において燃料を改質させる改質反応として消費される。   A heat exchanger 76 having a condensation function is provided in the exhaust gas passage 75. A hot water storage passage 78 and a hot water storage pump 79 connected to the hot water storage tank 77 are provided. The hot water storage passage 78 has an outward path 78a and a return path 78c. The low-temperature water in the hot water storage tank 77 is discharged from the discharge port 77p of the hot water storage tank 77 by the drive of the hot water storage pump 79, passes through the forward path 78a, reaches the heat exchanger 76, and is heated by the heat exchanger 76. The water heated by the heat exchanger 76 returns to the hot water storage tank 77 from the return port 77i through the return path 78c. In this way, the water in the hot water storage tank 77 becomes warm water. The water vapor contained in the exhaust gas is condensed in the heat exchanger 76 to become condensed water. The condensed water is supplied to the water purification unit 43 by gravity or the like through the condensed water passage 42 extending from the heat exchanger 76. Since the water purification unit 43 has a water purification agent 43a such as an ion exchange resin, impurities of condensed water are removed. The water from which impurities have been removed moves to the water tank 4 and is stored in the water tank 4. When the pump 80 is driven in the positive mode, the water in the water tank 4 is supplied to the high-temperature evaporation unit 2 through the water supply passage 8, converted into water vapor in the evaporation unit 2, and supplied to the reforming unit 3. 3 is consumed as a reforming reaction for reforming the fuel.

さて、燃料電池システムの発電運転が停止されている場合、冬期または寒冷地等では、外気温度等の環境温度が低くなると、給水通路8およびポンプ80のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるときがある。このように凍結が発生するおそれがあるときには、制御部100は、ポンプ80の正モードおよび逆モードを交互に実行させる凍結抑制処理を実行する。正モードのとき、モータ82が正方向に回転駆動して、ポンプ80が正方向に駆動され、タンク4内の水は、給水通路8において蒸発部2の入口ポート2iに向けて搬送される。一般的には、水は蒸発部2の入口ポート2iの直前まで搬送されるものの、蒸発部2内には進入しない方が好ましい。ここで、直前とは、タンク4の出口ポート4pと蒸発部2の入口ポート2iとの間に延設された給水通路8の全長を100として相対表示するとき、蒸発部2の入口ポート2iを起点としてタンク4に向けて0.5〜10までの任意値を意味する。   Now, when the power generation operation of the fuel cell system is stopped, there is a possibility that freezing will occur in at least one of the water supply passage 8 and the pump 80 when the environmental temperature such as the outside air temperature becomes low in winter or in a cold region. There is a time. Thus, when there is a possibility of freezing, the control unit 100 executes a freezing suppression process in which the forward mode and the reverse mode of the pump 80 are alternately executed. In the positive mode, the motor 82 is driven to rotate in the forward direction, the pump 80 is driven in the forward direction, and the water in the tank 4 is transported toward the inlet port 2 i of the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. In general, it is preferable that water is transported to just before the inlet port 2 i of the evaporation unit 2 but does not enter the evaporation unit 2. Here, the term “immediately before” refers to the inlet port 2i of the evaporation unit 2 when the relative length of the water supply passage 8 extending between the outlet port 4p of the tank 4 and the inlet port 2i of the evaporation unit 2 is 100. It means an arbitrary value from 0.5 to 10 toward the tank 4 as a starting point.

これに対して、逆モードのときには、モータ82が逆方向に回転駆動して、ポンプ80が逆方向に駆動され、給水通路8内の水はタンク4に戻される。この結果、加熱部40で加熱されたタンク4内の温かい水(例えば2℃よりも高温)は、給水通路8において往復移動される。これにより制御部100は給水通路8およびポンプ80に対して凍結抑制処理を実行し、給水通路8およびポンプ80における凍結を抑えることができる。従って、給水通路8の凍結を防止するために給水通路8に設ける給水通路用の加熱部(図示せず)を廃止でき、部品点数を削減でき、システムのコスト低減に貢献できる。   On the other hand, in the reverse mode, the motor 82 is rotationally driven in the reverse direction, the pump 80 is driven in the reverse direction, and the water in the water supply passage 8 is returned to the tank 4. As a result, warm water (for example, higher than 2 ° C.) in the tank 4 heated by the heating unit 40 is reciprocated in the water supply passage 8. Thereby, the control part 100 can perform the freezing suppression process with respect to the water supply path 8 and the pump 80, and can suppress freezing in the water supply path 8 and the pump 80. FIG. Therefore, the heating part (not shown) for the water supply passage provided in the water supply passage 8 to prevent the water supply passage 8 from being frozen can be eliminated, the number of parts can be reduced, and the cost of the system can be reduced.

上記した逆モードでは、給水通路8内に残留する水をタンク4内に戻すことができる。このため、給水通路8内に塵埃等が存在するときには、その塵埃等をタンク4の底部に溜めることができ、塵埃が改質部3に供給されることが抑制され、改質触媒等の保護性を高め得る。また、システムが長期にわたり停止しているとき等には、給水通路8内に残留する水の品位が低下するおそれがある。この場合、逆モードにより、その水をタンク4に戻してタンク4の水(純水、凝縮水)で希釈させることができ、改質器3の改質触媒等の保護性を確保できる。   In the reverse mode described above, the water remaining in the water supply passage 8 can be returned to the tank 4. For this reason, when dust or the like is present in the water supply passage 8, the dust or the like can be collected at the bottom of the tank 4, and the dust is prevented from being supplied to the reforming unit 3, thereby protecting the reforming catalyst and the like. Can increase sex. Further, when the system has been stopped for a long time, the quality of water remaining in the water supply passage 8 may be lowered. In this case, in the reverse mode, the water can be returned to the tank 4 and diluted with the water (pure water, condensed water) in the tank 4, and the protection of the reforming catalyst and the like of the reformer 3 can be ensured.

なお、環境温度(一般的には外気温度)を検知するための温度センサ57が設けられている。温度センサ57は、ケース5の下室空間53のうち吸気口50付近に配置されているが、場合によってはケース5の外方に配置されていても良い。温度センサ57が検知した温度信号は制御部100に入力される。このため、制御部100は、給水通路8およびポンプ80のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるか否か、凍結が開始されているか否かを、温度センサ57の温度信号に基づいて判定することができる。温度センサ57で検知される環境温度が上昇して凍結可能性が解消すれば、制御部は凍結抑制処理を停止させる。この場合には、逆モードで終了し、給水通路8に残留する水を無しとすることが好ましい。環境温度が再び低下するおそれがあることを考慮したものである。   A temperature sensor 57 for detecting the environmental temperature (generally the outside air temperature) is provided. Although the temperature sensor 57 is disposed in the vicinity of the intake port 50 in the lower chamber space 53 of the case 5, the temperature sensor 57 may be disposed outside the case 5 in some cases. The temperature signal detected by the temperature sensor 57 is input to the control unit 100. Therefore, the control unit 100 determines whether or not freezing may occur in at least one of the water supply passage 8 and the pump 80 and whether or not freezing has started, based on the temperature signal of the temperature sensor 57. Can be determined. When the environmental temperature detected by the temperature sensor 57 rises and the possibility of freezing is eliminated, the control unit stops the freezing suppression process. In this case, it is preferable to end in the reverse mode and to eliminate the water remaining in the water supply passage 8. This is because the environmental temperature may decrease again.

[実施形態2]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。ポンプ80を駆動させるモータ82としては、正回転および逆回転可能なステッピングモータ、正回転および逆回転可能なDCモータが挙げられる。燃料電池システムの発電運転を終了させる場合、制御部100は、モータ82を逆回転させてポンプ80の逆モードを実行させる。逆モードのとき、給水通路8に残留している水はタンク4に向けて給水通路8を逆流し、タンク4に戻される。給水通路8の水が空の状態となるまで、制御部100は、ポンプ80を逆モードで駆動させることが好ましい。この場合、ポンプ80の水も空の状態となる。従って、冬期または寒冷地等において、給水通路8が凍結するおそれがあるときであっても、システムの発電運転が終了してから次の発電運転が開始されるまで、給水通路8およびポンプ80の凍結のおそれが解消される。
[Embodiment 2]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. Examples of the motor 82 for driving the pump 80 include a stepping motor capable of forward and reverse rotation and a DC motor capable of forward and reverse rotation. When ending the power generation operation of the fuel cell system, the control unit 100 rotates the motor 82 in the reverse direction to execute the reverse mode of the pump 80. In the reverse mode, the water remaining in the water supply passage 8 flows back through the water supply passage 8 toward the tank 4 and is returned to the tank 4. It is preferable that the control unit 100 drives the pump 80 in the reverse mode until the water in the water supply passage 8 becomes empty. In this case, the water in the pump 80 is also empty. Therefore, even when there is a possibility that the water supply passage 8 is frozen in winter or in a cold region, the water supply passage 8 and the pump 80 are not operated until the next power generation operation is started after the power generation operation of the system is completed. The risk of freezing is eliminated.

また燃料電池システムの発電運転を長期にわたり停止させる場合には、発電運転の停止直前に、制御部100は、モータ82を逆回転させてポンプ80の逆モードを実行させる。ポンプ80の逆モードのとき、給水通路8内に残留している水は給水通路8を逆流し、タンク4に戻される。この結果、給水通路8の水は空の状態となる。ポンプ80の水も空の状態となる。従って、冬期または寒冷地等においても、システムの発電運転が終了してから次の発電運転が開始されるまでの期間が長期にわたるときであっても、給水通路8およびポンプ80の凍結のおそれが解消される。   When the power generation operation of the fuel cell system is stopped for a long period of time, immediately before the power generation operation is stopped, the control unit 100 reversely rotates the motor 82 to execute the reverse mode of the pump 80. When the pump 80 is in the reverse mode, the water remaining in the water supply passage 8 flows back through the water supply passage 8 and is returned to the tank 4. As a result, the water in the water supply passage 8 becomes empty. The water in the pump 80 is also empty. Therefore, even in the winter season or in a cold region, even if the period from the end of the power generation operation of the system to the start of the next power generation operation is long, the water supply passage 8 and the pump 80 may be frozen. It will be resolved.

本実施形態においても、冬期または寒冷地等において、燃料電池システムの発電運転が停止されている場合、給水通路8およびポンプ80のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがある。このようなとき、加熱部40でタンク4内の水を温めた状態において、制御部100は、ポンプ80の正モードおよび逆モードを交互に実行させる凍結抑制処理を実行する。前述したように、正モードのとき、タンク4内の水は給水通路8において蒸発部2の入口ポート2iの直前まで搬送される。逆モードのとき、給水通路8に残留している水は給水通路8を逆流し、タンク4に戻される。このようにして夜間等において燃料電池システムが停止している場合、給水通路8において凍結のおそれがあるときには、タンク4内の加熱部40で加熱された温かい水(例えば5℃以上、10℃以上または20℃以上)は、給水通路8において蒸発部2に対して往復移動される凍結抑制処理が実行される。従って、給水通路8およびポンプ80における凍結を抑えることができる。   Also in the present embodiment, when the power generation operation of the fuel cell system is stopped in winter or in a cold region, freezing may occur in at least one of the water supply passage 8 and the pump 80. In such a case, in a state where the water in the tank 4 is warmed by the heating unit 40, the control unit 100 executes a freezing suppression process that alternately executes the forward mode and the reverse mode of the pump 80. As described above, in the positive mode, the water in the tank 4 is transported in the water supply passage 8 to just before the inlet port 2i of the evaporation unit 2. In the reverse mode, the water remaining in the water supply passage 8 flows back through the water supply passage 8 and is returned to the tank 4. In this way, when the fuel cell system is stopped at night or the like, when there is a risk of freezing in the water supply passage 8, warm water heated by the heating unit 40 in the tank 4 (for example, 5 ° C or higher, 10 ° C or higher) (Or 20 ° C. or higher), a freezing suppression process in which the water supply passage 8 is reciprocated with respect to the evaporation unit 2 is executed. Therefore, freezing in the water supply passage 8 and the pump 80 can be suppressed.

[実施形態3]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。ポンプ80を駆動させるモータは、正回転および逆回転可能なステッピングモータ82sとされている。冬期または寒冷地等において、燃料電池システムの発電運転が停止されている場合、給水通路8および水搬送源のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるとき、制御部100は前述したように凍結抑制処理を実行する。凍結抑制処理の開始時には、まず、ステッピングモータ82sを逆モードとして所定時間tc分、または、それよりも短い時間分、逆回転させることにより、ポンプ80を逆方向に回転させる。これにより給水通路8に残留されていた水を空状態にさせ、水の全部を出口ポート4pからタンク4内に戻す。この場合、給水通路8は基本的には大気圧とされる。
[Embodiment 3]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. The motor that drives the pump 80 is a stepping motor 82s that can rotate forward and backward. When the power generation operation of the fuel cell system is stopped in winter or in a cold region, when there is a risk of freezing in at least one of the water supply passage 8 and the water conveyance source, the control unit 100 is as described above. Execute freeze suppression processing. At the start of the freezing suppression process, first, the pump 80 is rotated in the reverse direction by rotating the stepping motor 82s in the reverse mode and rotating it backward for a predetermined time tc or a shorter time. As a result, the water remaining in the water supply passage 8 is emptied, and all of the water is returned into the tank 4 from the outlet port 4p. In this case, the water supply passage 8 is basically at atmospheric pressure.

その後、制御部100は、ステッピングモータ82sを正モードとして所定時間ta分正回転させることにより、ポンプ80を正方向に回転させる。正モードのとき、加熱部40で加熱されたタンク4内の温かい水は、タンク4の出口ポート4pから給水通路8を蒸発部2に向けて流れる。そして、水は、蒸発部2の入口ポート2iの直前まで搬送される。   Thereafter, the control unit 100 rotates the pump 80 in the positive direction by rotating the stepping motor 82s in the positive mode for a predetermined time ta. In the positive mode, warm water in the tank 4 heated by the heating unit 40 flows from the outlet port 4p of the tank 4 toward the evaporation unit 2 through the water supply passage 8. And water is conveyed to just before the entrance port 2i of the evaporation part 2. FIG.

ここで、『蒸発部2の入口ポート2iの直前』とは、タンク4の出口ポート4pと蒸発部2の入口ポート2iとの間に延設された給水通路8の全長を100として相対表示するとき、蒸発部2の入口ポート2iを起点としてタンク4に向けて0.5〜20の範囲内の任意値を意味する。例えば、0.5〜10の範囲内の任意値にできる。給水通路8にはこれを加熱するヒータ等の加熱部が設けられていないため、給水通路8内の水の熱は給水通路8に伝達され、給水通路8内の水の温度は次第に下降するため、再昇温させることが好ましい。   Here, “immediately before the inlet port 2i of the evaporating unit 2” is displayed relative to the total length of the water supply passage 8 extending between the outlet port 4p of the tank 4 and the inlet port 2i of the evaporating unit 2 as 100. In this case, it means an arbitrary value within the range of 0.5 to 20 from the inlet port 2i of the evaporation unit 2 toward the tank 4 as a starting point. For example, it can be set to an arbitrary value within the range of 0.5 to 10. Since the water supply passage 8 is not provided with a heating section such as a heater for heating the water supply passage 8, the heat of the water in the water supply passage 8 is transmitted to the water supply passage 8, and the temperature of the water in the water supply passage 8 gradually decreases. It is preferable to raise the temperature again.

そこで、その後、制御部100はポンプ80の逆モードを所定時間tc分実行させる。逆モードでは、ステッピングモータ82sおよびポンプ82が逆回転するため、給水通路8内に存在する水の全部はタンク4に戻り、加熱部40で再加熱されるか、タンク4において温かい水と混ざるため、再昇温される。この場合、給水通路8内は空の状態となり、給水通路8内の残留水の凍結のおそれが抑えられる。   Therefore, thereafter, the control unit 100 executes the reverse mode of the pump 80 for a predetermined time tc. In the reverse mode, since the stepping motor 82s and the pump 82 rotate in reverse, all the water present in the water supply passage 8 returns to the tank 4 and is reheated by the heating unit 40 or mixed with warm water in the tank 4. The temperature is raised again. In this case, the inside of the water supply passage 8 becomes empty, and the risk of freezing of residual water in the water supply passage 8 is suppressed.

このように本実施形態によれば、制御部100は、凍結抑制処理の開始時には、まず、ポンプ80の逆モードを実行して給水通路8内を空状態とさせる。その後、制御部100は、ポンプ80の正モード(駆動時間:ta)および逆モード(駆動時間:tc)を交互に実行させる。この結果、タンク4内の加熱部40で加熱された凍結温度以上の温かい水(例えば5℃以上)は、給水通路8において蒸発部2に対して往復移動される。このようにして制御部100は凍結抑制処理を実行し、給水通路8およびポンプ80における凍結を抑える。なお、外気温度等の環境温度が低いほど、加熱部40の単位時間あたりの発熱量を増加させることが好ましい。   As described above, according to the present embodiment, at the start of the freezing suppression process, the control unit 100 first executes the reverse mode of the pump 80 to empty the water supply passage 8. Thereafter, the control unit 100 causes the pump 80 to alternately execute the forward mode (drive time: ta) and the reverse mode (drive time: tc). As a result, warm water (for example, 5 ° C. or more) heated by the heating unit 40 in the tank 4 is reciprocated with respect to the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. In this way, the control unit 100 executes the freezing suppression process and suppresses freezing in the water supply passage 8 and the pump 80. In addition, it is preferable to make the emitted-heat amount per unit time of the heating part 40 increase, so that environmental temperature, such as external temperature, is low.

[実施形態4]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。制御部100は、凍結抑制処理の開始時には、まず、ステッピングモータ82sを逆モードとして逆回転させることによりポンプ80を逆方向に回転させることが好ましい。これにより給水通路8に残留されていた水を空状態にさせ、タンク4の出口ポート4pからタンク4内に戻す。この場合、制御部100は、逆モード用のパルス総数Ncとされた逆回転用駆動パルスをステッピングモータ82sに給電する。このような逆モードの結果、給水通路8内に残留されていた水の全部は、基本的にはタンク4に戻り、タンク4内で再昇温される。この場合、給水通路8およびポンプ80内は空の状態となるため、給水通路8およびポンプ80の凍結は抑えられる。ここで、ステッピングモータ82sに給電される逆モード用のパルス総数Ncは、基本的には、給水通路8のうち蒸発部2の入口ポート2iの直前まで供給された水の全部を、給水通路8内をタンク4に戻すように設定されている。この場合、前記したように給水通路8の通路長および給水通路8の通路容積は既知である。このため、逆モード用のパルス総数Ncは、給水通路8のうち蒸発部2の入口ポート2iの直前の位置まで供給された水の全部がタンク4に戻るように設定されている。
[Embodiment 4]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. At the start of the freezing suppression process, the control unit 100 preferably first rotates the pump 80 in the reverse direction by rotating the stepping motor 82s in the reverse mode. As a result, the water remaining in the water supply passage 8 is emptied and returned from the outlet port 4p of the tank 4 into the tank 4. In this case, the controller 100 feeds the reverse rotation drive pulse having the total number Nc of reverse mode pulses to the stepping motor 82s. As a result of such a reverse mode, all of the water remaining in the water supply passage 8 basically returns to the tank 4 and is heated again in the tank 4. In this case, since the inside of the water supply passage 8 and the pump 80 is empty, freezing of the water supply passage 8 and the pump 80 is suppressed. Here, the total number Nc of pulses for the reverse mode fed to the stepping motor 82s is basically the same as the water supply passage 8 in the water supply passage 8 until all the water supplied up to just before the inlet port 2i of the evaporation section 2 is supplied. The interior is set back to the tank 4. In this case, as described above, the passage length of the water supply passage 8 and the passage volume of the water supply passage 8 are known. For this reason, the total pulse number Nc for the reverse mode is set so that all of the water supplied up to the position immediately before the inlet port 2 i of the evaporator 2 in the water supply passage 8 returns to the tank 4.

上記したように給水通路8の水を空状態にした後、制御部100は、ポンプ80の正モードを実行させる。この場合、制御部100は、正モード用のパルス総数Naとされた正回転用駆動パルスをステッピングモータ82sに給電する。正モードにおいて、パルス総数Naに対応する分ステッピングモータ82sは正方向に回転し、ひいてはポンプ80は正方向に駆動する。ステッピングモータ82sに給電される正モード用のパルス総数Naは、基本的には、給水通路8が空の状態(基準状態)から、ポンプ80が水を蒸発部2の入口ポート2iの直前まで給水通路8内を正方向に搬送させる水量に相当する。この場合、給水通路8の通路長および給水通路8の通路容積は既知であるため、正モードにおけるパルス総数Naは、基本的には、空の状態の給水通路8に対して、水が蒸発部2の入口ポート2iの直前の位置に到達するように設定されている。   As described above, after the water in the water supply passage 8 is emptied, the control unit 100 causes the pump 80 to execute the normal mode. In this case, the control unit 100 supplies power to the stepping motor 82s with the positive rotation drive pulse having the total pulse number Na for the positive mode. In the positive mode, the stepping motor 82s corresponding to the total pulse number Na rotates in the positive direction, and the pump 80 is driven in the positive direction. The total number Na of pulses for the positive mode supplied to the stepping motor 82s is basically supplied from the state where the water supply passage 8 is empty (reference state) to the time when the pump 80 supplies water to just before the inlet port 2i of the evaporation unit 2. This corresponds to the amount of water that is conveyed in the forward direction in the passage 8. In this case, since the passage length of the water supply passage 8 and the passage volume of the water supply passage 8 are known, the total number Na of pulses in the positive mode is basically that the water evaporates in the empty water supply passage 8. It is set so as to reach the position immediately before the second inlet port 2i.

このようにステッピングモータ82sおよびポンプ80が正モードのとき、加熱部40で加熱されたタンク4内の温かい水は、タンク4の出口ポート4pから給水通路8を蒸発部2に向けて流れ、蒸発部2の入口ポート2iの直前まで搬送される。凍結抑制処理においては、蒸発部2に水を進入させないためである。給水通路8にはこれを加熱させる加熱部が設けられていないため、給水通路8内の水の温度は次第に下降する。なお、Na=Nc、Na≒Ncとされていることができる。但しこれに限定されるものではない。   Thus, when the stepping motor 82s and the pump 80 are in the positive mode, the warm water in the tank 4 heated by the heating unit 40 flows from the outlet port 4p of the tank 4 toward the evaporation unit 2 through the water supply passage 8 and evaporates. It is transported to just before the entrance port 2i of the section 2. This is because water does not enter the evaporating unit 2 in the freezing suppression process. Since the heating section for heating the water supply passage 8 is not provided, the temperature of the water in the water supply passage 8 gradually decreases. Note that Na = Nc and Na≈Nc. However, it is not limited to this.

正モードを実施した後、凍結可能性があれば、制御部100はステッピングモータ82sおよびポンプ80の逆モードを実行させる。この場合、前述同様に、制御部100は、パルス総数Ncの逆回転用駆動パルスをステッピングモータ82sに給電する。逆モードのとき、給水通路8内に存在する全部の水は基本的にはタンク4に戻り、加熱部40で再び加熱される。この場合、給水通路8内は空の状態となり、基本的には大気圧状態となる。   After performing the normal mode, if there is a possibility of freezing, the control unit 100 causes the stepping motor 82s and the pump 80 to execute the reverse mode. In this case, as described above, the control unit 100 supplies the reverse rotation drive pulse having the total pulse number Nc to the stepping motor 82s. In the reverse mode, all the water present in the water supply passage 8 basically returns to the tank 4 and is heated again by the heating unit 40. In this case, the inside of the water supply passage 8 is in an empty state, and basically becomes an atmospheric pressure state.

このように本実施形態においても、制御部100は、凍結抑制処理の開始時には、まず、ポンプ80の逆モードを実行し、その後、ポンプ80の正モード(パルス総数:Na)および逆モード(パルス総数:Nc)を交互に実行させる。その後、タンク4内の加熱部40で加熱された温かい水(例えば2℃よりも高温)を、給水通路8において蒸発部2に対して往復移動させる。このようにして制御部100は凍結抑制処理を実行し、給水通路8およびポンプ80における凍結を抑える。なお、外気温度等の環境温度が低いほど、加熱部40の単位時間あたりの発熱量を増加させることが好ましい。   As described above, also in the present embodiment, at the start of the freezing suppression process, the control unit 100 first executes the reverse mode of the pump 80, and thereafter, the normal mode (total number of pulses: Na) and the reverse mode (pulse number) of the pump 80. The total number: Nc) is alternately executed. Thereafter, warm water (for example, higher than 2 ° C.) heated by the heating unit 40 in the tank 4 is reciprocated with respect to the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. In this way, the control unit 100 executes the freezing suppression process and suppresses freezing in the water supply passage 8 and the pump 80. In addition, it is preferable to make the emitted-heat amount per unit time of the heating part 40 increase, so that environmental temperature, such as external temperature, is low.

[実施形態5]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。前述したように環境温度(外気温度)を検知するための温度センサ57が吸気口50付近に設けられている。燃料電池システムの発電運転が停止している場合、制御部100は、温度センサ57の検知温度Tが第1閾値温度T1(T1≦5℃)以下であり、且つ、第2閾値温度T2(T2<T1)よりも高いとき、凍結のおそれがあると判定し、水を供給させる正モードよりも、水をタンク4に戻す逆モードを優先させる。すなわち、制御部100は、モータ82およびポンプ80を逆モードとして駆動させることにより、給水通路8内の水を減少または空状態にさせてタンク4内に戻す。この場合、制御部100は、まだ、タンク4内の温かい水を給水通路8に繰り返して往復移動させることをしていない。即ち、正モードおよび逆モードを交互に複数回繰り返さない。従って、ポンプ80が消費する電気エネルギが節約される。なお、タンク4の加熱部40はオンさせておいても良いし、オフさせておいても良い。オフすることにより、発熱量を抑えることができる。なお、上記した第1閾値温度T1は、ケース5内の給水通路8またはポンプ80において凍結が発生する可能性があまり高くない温度を意味する。T1としては、3℃、5℃等が例示される。但しこれらに限定されるものではない。
[Embodiment 5]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. As described above, the temperature sensor 57 for detecting the environmental temperature (outside air temperature) is provided in the vicinity of the intake port 50. When the power generation operation of the fuel cell system is stopped, the control unit 100 detects that the temperature T detected by the temperature sensor 57 is equal to or lower than the first threshold temperature T1 (T1 ≦ 5 ° C.) and the second threshold temperature T2 (T2). When higher than <T1), it is determined that there is a risk of freezing, and the reverse mode in which water is returned to the tank 4 is prioritized over the normal mode in which water is supplied. That is, the controller 100 drives the motor 82 and the pump 80 in the reverse mode to reduce or empty the water in the water supply passage 8 and return it to the tank 4. In this case, the control unit 100 has not yet repeatedly moved the warm water in the tank 4 back and forth in the water supply passage 8. That is, the forward mode and the reverse mode are not repeated a plurality of times alternately. Therefore, the electrical energy consumed by the pump 80 is saved. The heating unit 40 of the tank 4 may be turned on or turned off. By turning it off, the amount of heat generation can be suppressed. Note that the first threshold temperature T1 described above means a temperature at which the possibility of freezing in the water supply passage 8 or the pump 80 in the case 5 is not so high. Examples of T1 include 3 ° C. and 5 ° C. However, it is not limited to these.

これに対して、温度センサ57の検知温度Tが第2閾値温度T2(T2<T1≦2℃)以下であるとき、制御部100は、給水通路8の凍結が発生するおそれが高いと判定する。この場合、制御部100は、ステッピングモータ82sの正モードおよび逆モードを交互に実行させ、すなわち、ポンプ80の正モードおよび逆モードを交互に実行させて凍結抑制処理を実行させる。この場合においても、正モードよりも逆モードを優先させることが好ましい。凍結抑制処理の結果、加熱部40で加熱されたタンク4内の温かい水を給水通路8において往復移動させ、給水通路8およびポンプ80の凍結を抑える。第2閾値温度T2としては、−2℃、−5℃または−15℃が例示されるが、これに限定されるものではない。   On the other hand, when the detected temperature T of the temperature sensor 57 is equal to or lower than the second threshold temperature T2 (T2 <T1 ≦ 2 ° C.), the control unit 100 determines that there is a high possibility that the water supply passage 8 is frozen. . In this case, the control unit 100 causes the forward mode and the reverse mode of the stepping motor 82s to alternately execute, that is, causes the pump 80 to alternately execute the normal mode and the reverse mode to execute the freeze suppression process. Even in this case, it is preferable to prioritize the reverse mode over the normal mode. As a result of the freeze suppression process, warm water in the tank 4 heated by the heating unit 40 is reciprocated in the water supply passage 8 to suppress freezing of the water supply passage 8 and the pump 80. Examples of the second threshold temperature T2 include −2 ° C., −5 ° C., and −15 ° C., but are not limited thereto.

図2は、凍結抑制処理において制御部100のCPUが実行するフローチャートの一例を示す。まず、制御部100は、温度センサ57等の各種センサおよび各種機器の信号を読み込む(ステップS102)。現在が燃料電池システムの運転(発電運転および起動運転)中であれば(ステップS104のNO)、給水通路8の凍結のおそれは実質的にないため、凍結抑制処理は実行されない(ステップS130)。   FIG. 2 shows an example of a flowchart executed by the CPU of the control unit 100 in the freeze suppression process. First, the control unit 100 reads signals from various sensors such as the temperature sensor 57 and various devices (step S102). If the fuel cell system is currently operating (power generation operation and start-up operation) (NO in step S104), there is substantially no risk of freezing of the water supply passage 8, and thus the freezing suppression process is not executed (step S130).

これに対して、燃料電池システムの運転(発電運転および起動運転)が停止中であるときには(ステップS104のYES)、冬期または寒冷地等であれば、凍結が発生するおそれがある。そこで、制御部100は、温度センサ57で検知された検知温度Tと第2閾値温度T2とを比較する(ステップS106)。温度センサ57の検知温度Tが第2閾値温度T2(例えば−2℃)以下であるとき(T≦T2,ステップS106のYES)、凍結のおそれが大きい。このため、制御部100は、正モードよりも逆モードを優先させ、モータ82を逆回転させてポンプ80の逆モードを所定の駆動時間tc分実行し(ステップS108)、給水通路8内の水の全部をタンク4に戻す。その後、制御部100はポンプ80を停止させたまま時間Δte待機する(ステップS110)。Δteは、例えば、モータ82の回転方向の切り替えに要する時間、タンク4内に戻された水がタンク4内の高温の水と混合されて昇温される時間等を考慮して設定することが好ましい。   On the other hand, when the operation (power generation operation and start-up operation) of the fuel cell system is stopped (YES in step S104), there is a possibility that freezing may occur in the winter or in a cold region. Therefore, the control unit 100 compares the detected temperature T detected by the temperature sensor 57 with the second threshold temperature T2 (step S106). When the temperature T detected by the temperature sensor 57 is equal to or lower than the second threshold temperature T2 (for example, −2 ° C.) (T ≦ T2, YES in step S106), there is a high possibility of freezing. For this reason, the control unit 100 gives priority to the reverse mode over the normal mode, rotates the motor 82 in reverse, and executes the reverse mode of the pump 80 for a predetermined drive time tc (step S108). Return all to the tank 4. Thereafter, the control unit 100 waits for a time Δte while the pump 80 is stopped (step S110). Δte can be set in consideration of, for example, the time required for switching the rotation direction of the motor 82, the time during which the water returned to the tank 4 is mixed with the hot water in the tank 4 and heated. preferable.

次に、制御部100はモータ82を正回転させてポンプ80の正モードを所定の駆動時間ta分実行する(ステップS112)。その後、制御部100はポンプ80を停止させたまま時間Δtf待機する(ステップS114)。Δtfは、例えば、給水通路8に供給された温かい水(5℃以上が好ましい)が給水通路8の内壁面に伝熱される時間を考慮して設定することが好ましい。その後、制御部100は、他の処理を実行した(ステップS116)後、ステップS102に戻る。   Next, the control unit 100 rotates the motor 82 in the forward direction and executes the positive mode of the pump 80 for a predetermined drive time ta (step S112). Thereafter, the control unit 100 waits for a time Δtf while the pump 80 is stopped (step S114). Δtf is preferably set in consideration of the time during which warm water supplied to the water supply passage 8 (preferably 5 ° C. or more) is transferred to the inner wall surface of the water supply passage 8. Thereafter, the control unit 100 performs another process (step S116), and then returns to step S102.

本実施形態によれば、凍結抑制処理の実行にあたり、温度センサ57の検知温度Tが第1閾値温度T1以下であり、且つ、T2よりも高温であるときには(T2<T≦T1,ステップS120のYES)、凍結するおそれが少なからずあるため、制御部100は、モータ82を逆回転させてポンプ80の逆モードを実行する(ステップS108)。これにより給水通路8の水の全部はタンク4に戻される。温度センサ57の検知温度Tが第1閾値温度T1(例えば2℃)よりも高温であるときには(T>T1,ステップS120のNO)、給水通路8の凍結のおそれがないと考えられるため、制御部100は加熱部40をオフとし、凍結抑制処理を実行しない(ステップS130)。   According to the present embodiment, when the freeze suppression process is executed, when the detected temperature T of the temperature sensor 57 is equal to or lower than the first threshold temperature T1 and higher than T2 (T2 <T ≦ T1, step S120). (YES), since there is a considerable possibility of freezing, the controller 100 reversely rotates the motor 82 to execute the reverse mode of the pump 80 (step S108). As a result, all of the water in the water supply passage 8 is returned to the tank 4. When the detected temperature T of the temperature sensor 57 is higher than the first threshold temperature T1 (for example, 2 ° C.) (T> T1, NO in step S120), it is considered that there is no fear of freezing of the water supply passage 8, and therefore control is performed. The unit 100 turns off the heating unit 40 and does not execute the freeze suppression process (step S130).

なお本実施形態によれば、凍結可能性があるときには、外気温度等の環境温度が低いほど、加熱部40の単位時間あたりの発熱量を増加させることが好ましい。また、凍結可能性があるときには、外気温度等の環境温度が低いほど、環境温度が高い場合に比較して、ステッピングモータ82eの待機時間Δte,Δtfを相対的に短縮させて、タンク4内の温かい水を給水通路8において往復移動させる単位時間あたりの頻度を相対的に高めることができる。   In addition, according to this embodiment, when there is a possibility of freezing, it is preferable to increase the heat generation amount per unit time of the heating unit 40 as the environmental temperature such as the outside air temperature is lower. Further, when there is a possibility of freezing, the waiting time Δte, Δtf of the stepping motor 82e is relatively shortened as the environmental temperature such as the outside air temperature is lower as compared with the case where the environmental temperature is higher. The frequency per unit time in which warm water is reciprocated in the water supply passage 8 can be relatively increased.

[実施形態6]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。モータはステッピングモータ82sとされている。図1に示すように、給水通路8のうち蒸発部2の入口ポート2iとポンプ80の吐出ポート80pとの間の通路部分8xにおける水の存在を検知するための水センサ87が設けられている。具体的には、水センサ87は、給水通路8のうち蒸発部2の入口ポート2iの直前における水の存在を検知する。制御部100は、凍結抑制処理の開始時には、まず、ステッピングモータ82sを逆モードとして、パルス総数Nc分、逆回転させることによりポンプ80を逆方向に回転させる。これにより給水通路8に残留されていた水を空状態にさせ、給水通路8の水の全部をタンク4の出口ポート4pからタンク4内に戻す。
[Embodiment 6]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. The motor is a stepping motor 82s. As shown in FIG. 1, a water sensor 87 is provided for detecting the presence of water in the passage portion 8 x between the inlet port 2 i of the evaporator 2 and the discharge port 80 p of the pump 80 in the water supply passage 8. . Specifically, the water sensor 87 detects the presence of water immediately before the inlet port 2 i of the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. At the start of the freezing suppression process, the control unit 100 first rotates the pump 80 in the reverse direction by rotating the stepping motor 82s in the reverse mode and rotating it backward by the total number of pulses Nc. As a result, the water remaining in the water supply passage 8 is emptied, and all of the water in the water supply passage 8 is returned from the outlet port 4p of the tank 4 into the tank 4.

その後、制御部100は、ポンプ80の正モードを実行させる。この場合、制御部100は、パルス総数Naの正回転用駆動パルスをステッピングモータ82sに給電する。制御部100は、パルス総数Naに対応する分ステッピングモータ82sを正方向に駆動させ、ひいてはポンプ80を正方向に駆動させる。正モードにおけるパルス総数Naは、基本的には、給水通路8が空の状態から、ポンプ80が蒸発部2に向けて給水通路8内を正方向に搬送させる水の水量に相当する。この場合、給水通路8の長さおよび給水通路8の通路容積は既知である。このためパルス総数Naは、給水通路8のうち蒸発部2の入口ポート2iの直前の位置に水が到達するように設定されている。このようにステッピングモータ82sおよびポンプ80が正モードのとき、加熱部40で加熱されたタンク4内の温かい水は、タンク4の出口ポート4pから給水通路8を蒸発部2に向けて流れ、蒸発部2の入口ポート2iの直前まで搬送される。   Thereafter, the control unit 100 causes the pump 80 to execute the normal mode. In this case, the control unit 100 supplies power to the stepping motor 82s with the forward rotation driving pulse having the total number Na of pulses. The controller 100 drives the stepping motor 82s corresponding to the total number Na of pulses in the forward direction, and thus drives the pump 80 in the forward direction. The total number Na of pulses in the positive mode basically corresponds to the amount of water that the pump 80 conveys in the water supply passage 8 in the positive direction toward the evaporation unit 2 from the empty water supply passage 8. In this case, the length of the water supply passage 8 and the passage volume of the water supply passage 8 are known. Therefore, the total pulse number Na is set so that the water reaches the position immediately before the inlet port 2i of the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. Thus, when the stepping motor 82s and the pump 80 are in the positive mode, the warm water in the tank 4 heated by the heating unit 40 flows from the outlet port 4p of the tank 4 toward the evaporation unit 2 through the water supply passage 8 and evaporates. It is transported to just before the entrance port 2i of the section 2.

その後、制御部100はステッピングモータ82sを逆回転させてポンプ80の逆モードを実行させる。この場合、制御部100は、パルス総数Ncの逆回転用駆動パルスをステッピングモータ82sに給電する。逆モードのとき、給水通路8内に存在する水の全部は、基本的には、タンク4に戻り、加熱部40で再び加熱される。この場合、給水通路8内は空の状態となる。パルス総数Ncは、基本的には、給水通路8に供給された水をタンク4に向けて給水通路8内を逆方向に搬送させる水の水量に相当するように設定されている。この場合、前記したように給水通路8の通路長および給水通路8の通路容積は既知であるため、パルス総数Ncは、基本的には、給水通路8のうち蒸発部2の入口ポート2iの直前の位置まで供給された水の全部がタンク4に戻るように設定されている。   Thereafter, the control unit 100 reversely rotates the stepping motor 82s to execute the reverse mode of the pump 80. In this case, the control unit 100 supplies power to the stepping motor 82s with the reverse rotation drive pulses having the total pulse number Nc. In the reverse mode, all of the water present in the water supply passage 8 basically returns to the tank 4 and is heated again by the heating unit 40. In this case, the inside of the water supply passage 8 is empty. The total number Nc of pulses is basically set so as to correspond to the amount of water that transports the water supplied to the water supply passage 8 toward the tank 4 in the reverse direction in the water supply passage 8. In this case, since the passage length of the water supply passage 8 and the passage volume of the water supply passage 8 are known as described above, the total pulse number Nc is basically just before the inlet port 2i of the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. It is set so that all of the water supplied up to the position is returned to the tank 4.

このように本実施形態においても、制御部100は、凍結抑制処理の開始時に、まず、ポンプ80の逆モードを優先的に実行し、その後、ポンプ80の正モードおよび逆モードを間欠的に交互に実行させる。この結果、タンク4内の加熱部40で加熱された温かい水(例えば2℃よりも高温)は、給水通路8において蒸発部2に対して往復移動される。このようにして制御部100は凍結抑制処理を実行し、給水通路8およびポンプ80における凍結を抑える。   As described above, also in the present embodiment, at the start of the freezing suppression process, the control unit 100 first preferentially executes the reverse mode of the pump 80, and then intermittently alternates between the forward mode and the reverse mode of the pump 80. To run. As a result, warm water (for example, higher than 2 ° C.) heated by the heating unit 40 in the tank 4 is reciprocated with respect to the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. In this way, the control unit 100 executes the freezing suppression process and suppresses freezing in the water supply passage 8 and the pump 80.

制御パラメータとして、正モードにおけるパルス総数Naに代えて、正モードにおけるステッピングモータ82sの駆動時間taを採用しても良い。駆動時間taは、基本的には、給水通路8が空の状態から、ポンプ80が蒸発部2に向けて給水通路8内を正方向に搬送させて水を水センサ87(蒸発部2の入口ポート2iの直前)まで到達させる時間に相当する。制御パラメータとして、逆モードにおけるパルス総数Ncに代えて、逆モードにおけるステッピングモータ82sの駆動時間tcを採用しても良い。逆モードおける駆動時間tcは、基本的には、給水通路8内のほぼ満杯の水の全部をタンク4に戻す時間に相当する。   As a control parameter, the driving time ta of the stepping motor 82s in the positive mode may be employed instead of the total pulse number Na in the positive mode. The drive time ta is basically determined from the state where the water supply passage 8 is empty, and the pump 80 transports water in the water supply passage 8 in the forward direction toward the evaporation unit 2 to supply water to the water sensor 87 (inlet of the evaporation unit 2). This corresponds to the time required to reach the port 2i. As the control parameter, the driving time tc of the stepping motor 82s in the reverse mode may be employed instead of the total pulse number Nc in the reverse mode. The driving time tc in the reverse mode basically corresponds to a time for returning all the almost full water in the water supply passage 8 to the tank 4.

本実施形態においては、給水通路8に供給した水の水量を水センサ87により検知できる。この場合、正モードのとき、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNaに到達していないにもかかわらず、あるいは、ステッピングモータ82sの駆動時間がtaよりも短いにもかかわらず、水センサ87が水の存在を検知することがある。この場合、給水通路8の内壁面の凍結が開始されている等で狭くなり、給水通路8の流路断面積が既に小さくなっており、少ない流量の水であっても、水は水センサ87の高さ位置に到達できると推定される。   In the present embodiment, the water sensor 87 can detect the amount of water supplied to the water supply passage 8. In this case, in the positive mode, the water sensor 87 is used even though the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s does not reach Na or the driving time of the stepping motor 82s is shorter than ta. May detect the presence of water. In this case, the inner wall surface of the water supply passage 8 becomes narrower due to the start of freezing or the like, and the cross-sectional area of the water supply passage 8 is already reduced. It is estimated that the height position can be reached.

そこで制御部100は、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数Naよりも、または、ステッピングモータ82sの駆動時間taよりも水センサ87の水検知信号を優先させる。よってパルス総数Naまたは駆動時間ta(マージン値を含むことができる)に到達していないにも拘わらず、水センサ87が水を検知してオンしたら、これをトリガー信号として、制御部100は、ステッピングモータ82sの正回転を停止させ、タンク4の水を給水通路8に供給させる正モードを停止させる。その後、制御部100はポンプ80の逆モードを実行し、給水通路8の水をタンク4内に戻す。この場合、給水通路8に通水できるものの、給水通路8の内壁面に凍結が開始されていると推定される。このため、制御部100は、タンク4の加熱部40の発熱量をΔW増加させ、タンク4に溜められている水の温度を一層上昇させる。従って、制御部100が次回に正モードを実行させるときには、タンク4内で一層高温とされた水が給水通路8に供給させるため、給水通路8の解凍がされ易くなる。   Therefore, the control unit 100 gives priority to the water detection signal of the water sensor 87 over the total number Na of pulses fed to the stepping motor 82s or over the drive time ta of the stepping motor 82s. Therefore, when the water sensor 87 detects and turns on water even though the total pulse number Na or the driving time ta (which can include a margin value) has not been reached, the controller 100 uses this as a trigger signal, The forward rotation of the stepping motor 82s is stopped, and the positive mode in which the water in the tank 4 is supplied to the water supply passage 8 is stopped. Thereafter, the control unit 100 executes the reverse mode of the pump 80 and returns the water in the water supply passage 8 into the tank 4. In this case, although water can be passed through the water supply passage 8, it is estimated that freezing has started on the inner wall surface of the water supply passage 8. Therefore, the control unit 100 increases the amount of heat generated by the heating unit 40 of the tank 4 by ΔW and further increases the temperature of the water stored in the tank 4. Therefore, when the control unit 100 next executes the normal mode, water having a higher temperature in the tank 4 is supplied to the water supply passage 8, so that the water supply passage 8 is easily thawed.

制御部100が次回の正モードを実行するときにおいても、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNaに到達していないにもかかわらず、あるいは、ステッピングモータ82sの駆動時間がtaよりも短いにもかかわらず、水センサ87が水を検知することがある。この場合には、前述同様に、凍結が開始され、給水通路8の内壁面が凍結等で狭くなり、給水通路8の流路断面積が小さくなっていると判定される。   Even when the control unit 100 executes the next positive mode, the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s does not reach Na or the driving time of the stepping motor 82s is shorter than ta. Nevertheless, the water sensor 87 may detect water. In this case, as described above, freezing is started, the inner wall surface of the water supply passage 8 is narrowed by freezing or the like, and it is determined that the flow passage cross-sectional area of the water supply passage 8 is small.

そこで制御部100はステッピングモータ82sに給電されるパルス総数Naよりも、または、ステッピングモータ82sの駆動時間taよりも水センサ87の水検知信号を優先させ、水センサ87が水を検知したら、これをトリガー信号として、ステッピングモータ82sの正回転を停止させ、タンク4の水を給水通路8に供給させる正モードを停止させる。よって水が蒸発部2に供給されることが抑制される。その後、所定時間経過したら、または、直ちに、制御部100はポンプ80の逆モードを実行し、給水通路8の水をタンク4内に戻す。この場合、前回のモードにおいて、タンク4の加熱部40の発熱量を増加させたにも拘わらず、まだ給水通路8の内壁面に凍結がまだ残っていると判定される。このため、制御部100は、タンク4の加熱部40の発熱量をふたたびΔW増加させ、タンク4に溜められている水の温度を更に上昇させる。このため制御部100が次の正モードを実行させるときには、タンク4内で一層高温とされた水が給水通路8に供給させるため、給水通路8の凍結が解消され易くなる。   Therefore, the control unit 100 gives priority to the water detection signal of the water sensor 87 over the total number Na of pulses fed to the stepping motor 82s or the driving time ta of the stepping motor 82s, and when the water sensor 87 detects water, As a trigger signal, the forward rotation of the stepping motor 82s is stopped, and the positive mode in which the water in the tank 4 is supplied to the water supply passage 8 is stopped. Therefore, supply of water to the evaporation unit 2 is suppressed. Thereafter, when a predetermined time has elapsed or immediately, the control unit 100 executes the reverse mode of the pump 80 and returns the water in the water supply passage 8 into the tank 4. In this case, in the previous mode, it is determined that freezing still remains on the inner wall surface of the water supply passage 8 even though the amount of heat generated by the heating unit 40 of the tank 4 is increased. Therefore, the control unit 100 again increases the amount of heat generated by the heating unit 40 of the tank 4 by ΔW, and further increases the temperature of the water stored in the tank 4. For this reason, when the control unit 100 executes the next positive mode, water having a higher temperature in the tank 4 is supplied to the water supply passage 8, so that the water supply passage 8 is easily frozen.

このように正モードにおいてステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNaに到達していないにもかかわらず、あるいは、ステッピングモータ82sの駆動時間がtaよりも短いにもかかわらず、水センサ87が水を検知する場合には、給水通路8が凍結して流路断面積が小さくなっていると判定される。このため制御部100は、タンク4の加熱部40の発熱量をその都度ΔWづつ次第に増加させ、凍結抑制および解凍を促進させることができる。なお、加熱部40の発熱量が過剰になるときには、それ以上増加させないことが好ましい。   Thus, even though the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s in the positive mode has not reached Na or the driving time of the stepping motor 82s is shorter than ta, the water sensor 87 is Is detected, it is determined that the water supply passage 8 is frozen and the cross-sectional area of the flow path is small. For this reason, the control part 100 can gradually increase the calorific value of the heating part 40 of the tank 4 by ΔW each time to promote freezing suppression and thawing. In addition, when the emitted-heat amount of the heating part 40 becomes excess, it is preferable not to make it increase any more.

図3は正モードにおいて制御部100のCPUが実行する正モードの一例を示す。まず、制御部100は、正モードにおいてステッピングモータ82sに給電されるパルス総数をNaとして、または、ステッピングモータ82sの駆動時間をtaとして設定する(ステップS202)。次に、パルス総数Na、または、ステッピングモータ82sの駆動時間taとして、ステッピングモータ82sを駆動させる指令を出力する(ステップS204)。ここで、ステッピングモータ82sに入力させるパルス総数Na、ステッピングモータ82sの駆動時間taは、給水通路8の水が空状態のときにおいて、ステッピングモータ82sが正回転してポンプ80が正モードで駆動するとき、給水通路8を蒸発部2に向けて流れる水が水センサ87の高さ位置(蒸発部2の直前の位置)まで到達できるように設定されている。従って、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNaに到達する前に、または、ステッピングモータ82sの駆動時間がtaに到達する前に、水センサ87が水を検知してオンするときには、前述したように給水通路8の内壁面が凍結して給水通路8の流路断面積が小さくなっているものと判定される。このように本実施形態によれば、凍結抑制処理を実施するにあたり、給水通路8における凍結の有無についても判定できる。   FIG. 3 shows an example of the positive mode executed by the CPU of the control unit 100 in the positive mode. First, the control unit 100 sets the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s in the positive mode as Na, or sets the driving time of the stepping motor 82s as ta (step S202). Next, a command for driving the stepping motor 82s is output as the total pulse number Na or the driving time ta of the stepping motor 82s (step S204). Here, the total number of pulses Na input to the stepping motor 82s and the driving time ta of the stepping motor 82s are such that when the water in the water supply passage 8 is empty, the stepping motor 82s rotates forward and the pump 80 is driven in the positive mode. At this time, the water flowing toward the evaporation unit 2 through the water supply passage 8 is set to reach the height position of the water sensor 87 (position just before the evaporation unit 2). Therefore, when the water sensor 87 detects water and turns on before the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s reaches Na or before the driving time of the stepping motor 82s reaches ta, the above-described operation is performed. Thus, it is determined that the inner wall surface of the water supply passage 8 is frozen and the flow passage cross-sectional area of the water supply passage 8 is reduced. As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine whether or not the water supply passage 8 is frozen when the freeze suppression process is performed.

そこで、制御部100は、パルス総数Na、または、ステッピングモータ82sの駆動時間taが終了したか否かを判定する(ステップS206)。終了していれば(ステップS206のYES)、メインルーチンにリターンする。終了していなければ(ステップS206のNO)、水センサ87の信号を読み込む(ステップS208)。水センサ87がオン信号を出力していれば(ステップS210のYES)、水が給水通路8の水センサ87の高さ位置に到達したものの、給水通路8の内壁面が凍結して給水通路8の流路断面積が小さくなっているものと判定される。このため制御部100はステッピングモータ82sの正回転を停止させて正モードを終了し(ステップS212)、加熱部40の発熱量を初期よりΔW分増加させ(ステップS214)、凍結の警報信号を警報器102に出力させ(ステップS216)、メインルーチンにリターンする。制御部100は、外気温度等の環境温度が低いほど、ΔWを大きい値にすることが好ましい。但しこれに限定されない。   Therefore, the control unit 100 determines whether or not the total pulse number Na or the driving time ta of the stepping motor 82s has ended (step S206). If completed (YES in step S206), the process returns to the main routine. If not completed (NO in step S206), the signal from the water sensor 87 is read (step S208). If the water sensor 87 is outputting an ON signal (YES in step S210), although the water has reached the height position of the water sensor 87 in the water supply passage 8, the inner wall surface of the water supply passage 8 is frozen and the water supply passage 8 is frozen. It is determined that the flow path cross-sectional area is small. Therefore, the control unit 100 stops the forward rotation of the stepping motor 82s and ends the normal mode (step S212), increases the heat generation amount of the heating unit 40 by ΔW from the initial stage (step S214), and alerts the freezing alarm signal. The controller 102 outputs the data (step S216) and returns to the main routine. The control unit 100 preferably increases ΔW as the environmental temperature such as the outside air temperature is lower. However, it is not limited to this.

[実施形態7]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。本実施形態においても、正モードが実行されるとき、給水通路8に供給した水が蒸発部2に入口ポート2iの直前に到達することは、水センサ87により検知される。この場合、正モードが実行されるとき、給水通路8が空の状態(基準状態)から、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNaに到達したにもかかわらず、あるいは、ステッピングモータ82sの駆動時間がtaに到達したにもかかわらず、水センサ87が水を検知しないことがある。この場合、給水通路8からの水漏れが発生し、水が水センサ87の高さ位置に到達していないことが予想される。ここで、正モードにおいて、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNa+ΔNx(正値)に到達するとき、あるいは、ステッピングモータ82sの駆動時間がta+Δtx(正値)に到達するとき、水センサ87がオンとなったとする。この場合、給水通路8に水漏れが発生しているため、水が水センサ87に到達しにくいためと判定される。
[Embodiment 7]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. Also in this embodiment, when the normal mode is executed, the water sensor 87 detects that the water supplied to the water supply passage 8 reaches the evaporator 2 immediately before the inlet port 2i. In this case, when the normal mode is executed, the feed water passage 8 is empty (reference state), the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s reaches Na, or the stepping motor 82s is driven. Even though the time reaches ta, the water sensor 87 may not detect water. In this case, water leakage from the water supply passage 8 occurs, and it is expected that water has not reached the height position of the water sensor 87. Here, in the positive mode, when the total number of pulses fed to the stepping motor 82s reaches Na + ΔNx (positive value) or when the driving time of the stepping motor 82s reaches ta + Δtx (positive value), the water sensor 87 Suppose it is turned on. In this case, it is determined that water does not easily reach the water sensor 87 because water leakage has occurred in the water supply passage 8.

このような現象が規定回数CA(例えば3回)連続して認識されるときには、給水通路8に水漏れが発生している確率が高い。このため、制御部100は、逆モードを実行して給水通路8内の水の全部をタンク4に戻した後、凍結抑制処理を中止させると共に、給水通路8における水漏れを報知させる警報を警報器102に出力する。規定回数CAに到達しない場合には、制御部100は凍結抑制処理を進行させる。   When such a phenomenon is recognized continuously for a prescribed number of times CA (for example, three times), there is a high probability that a water leak has occurred in the water supply passage 8. For this reason, the control unit 100 executes the reverse mode and returns all the water in the water supply passage 8 to the tank 4, then stops the freeze suppression process and issues an alarm for notifying the water leakage in the water supply passage 8. Output to the device 102. When the specified number of times CA is not reached, the control unit 100 advances the freeze suppression process.

図4は制御部100のCPUが実行する正モードの一例を示す。まず、制御部100は、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数をNaとして、または、ステッピングモータ82sの駆動時間をtaとして設定する(ステップS302)。次に、パルス総数Na、または、ステッピングモータ82sの駆動時間taとして、ステッピングモータ82sを駆動させる指令を出力する(ステップS304)。ここで、パルス総数Na、ステッピングモータ82sの駆動時間taは、給水通路8の水が空状態のときにおいて、ステッピングモータ82sが正回転してポンプ80が正モードで駆動するとき、水が水センサ87の高さ位置まで到達できるように予め設定されている。従って、ステッピングモータ82sに給電されるパルス総数がNaを所定値以上大きいパルス総数において、または、ステッピングモータ82sの駆動時間がtaを所定値以上大きい駆動時間において、水センサ87がオンするときには、給水通路8において水漏れが発生しているおそれがあると判定される。   FIG. 4 shows an example of the positive mode executed by the CPU of the control unit 100. First, the control unit 100 sets the total number of pulses supplied to the stepping motor 82s as Na or sets the driving time of the stepping motor 82s as ta (step S302). Next, a command for driving the stepping motor 82s is output as the total pulse number Na or the driving time ta of the stepping motor 82s (step S304). Here, the total number of pulses Na and the driving time ta of the stepping motor 82s are such that when the water in the water supply passage 8 is empty, when the stepping motor 82s rotates forward and the pump 80 is driven in the positive mode, the water is a water sensor. It is set in advance so as to reach the height position of 87. Therefore, when the water sensor 87 is turned on when the total number of pulses fed to the stepping motor 82s is Na that is greater than Na by a predetermined value or when the driving time of the stepping motor 82s is greater than ta by a predetermined value, It is determined that there is a possibility that water leakage has occurred in the passage 8.

そこで、正モードの実行途中において、制御部100は、水センサ87の信号を読み込む(ステップS306)。水センサ87がオン信号を出力していれば(ステップS308のYES)、水が給水通路8の水センサ87の高さ位置に到達しているため、制御部100はステッピングモータ82sを停止させる(ステップS310)。次に、制御部100は、正モードの開始時刻から現在時刻(水センサ87のオン時刻)までのパルス総数Np、または、正モードの開始時刻から現在時刻(水センサ87のオン時刻)までの駆動時間tpを求める(ステップS312)。現在までのパルス総数Npが正モード用のパルス総数Naよりも大きいか、または、現在までの駆動時間tpが正モード用の駆動時間taよりも長いか否かについて、制御部100は判定する(ステップS314)。現在のパルス総数Npが正モード用のパルス総数Naよりも大きいとき、または、現在の駆動時間tpが正モード用の駆動時間taよりも長いとき(ステップS314のYES)、給水通路6における水漏れのおそれがある。このため、制御部100は水漏れ用のカウンタ値Cを1増加させる(ステップS316)。次に、カウンタ値Cが水漏れ用のしきい値CA(例えば3以上の任意値)を超えたときには(ステップS318のYES)、給水通路8の水漏れの警報を警報器102に出力し(ステップS320)、メインルーチンにリターンする。このように本実施形態によれば、凍結抑制処理を実施するにあたり、給水通路8の水漏れについて判定できる。   Thus, during the execution of the positive mode, the control unit 100 reads the signal from the water sensor 87 (step S306). If the water sensor 87 is outputting an ON signal (YES in step S308), since the water has reached the height position of the water sensor 87 in the water supply passage 8, the control unit 100 stops the stepping motor 82s ( Step S310). Next, the controller 100 counts the total number of pulses Np from the start time of the positive mode to the current time (on time of the water sensor 87), or from the start time of the positive mode to the current time (on time of the water sensor 87). The driving time tp is obtained (step S312). The control unit 100 determines whether the total number of pulses Np up to the present is larger than the total number Na of pulses for the positive mode or whether the driving time tp up to the present is longer than the driving time ta for the positive mode ( Step S314). When the current total pulse number Np is larger than the positive mode pulse total number Na, or when the current drive time tp is longer than the positive mode drive time ta (YES in step S314), water leaks in the water supply passage 6. There is a risk. For this reason, the control unit 100 increases the counter value C for water leakage by 1 (step S316). Next, when the counter value C exceeds a threshold value CA for water leakage (for example, an arbitrary value of 3 or more) (YES in step S318), an alarm for water leakage in the water supply passage 8 is output to the alarm device 102 ( In step S320, the process returns to the main routine. As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine the water leakage of the water supply passage 8 when performing the freeze suppression process.

[実施形態8]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。給水通路8のうち蒸発部2とポンプ80との間の通路部分8mにおける水の存在を検知するための水センサとして圧力センサ87pが設けられている。圧力センサ87pは、給水通路8のうち圧力センサ87pから蒸発部2の入口ポート2iまでの通路部分8mに存在する水に基づく水頭圧を検知する機能を有する。圧力センサ87pは、水の水頭圧を良好に検知すべく、納給水通路8のうち上下方向に延びる通路部分に設けられている。圧力センサ87pの信号に基づいて、給水通路8のうち圧力センサ87pの高さ位置から蒸発部2の入口ポート2iまでの通路部分8mに存在する水の水量が検知される。
[Embodiment 8]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. A pressure sensor 87 p is provided as a water sensor for detecting the presence of water in the passage portion 8 m between the evaporation section 2 and the pump 80 in the water supply passage 8. The pressure sensor 87p has a function of detecting the water head pressure based on the water present in the passage portion 8m from the pressure sensor 87p to the inlet port 2i of the evaporation unit 2 in the water supply passage 8. The pressure sensor 87p is provided in a passage portion extending in the vertical direction in the water supply passage 8 so as to satisfactorily detect the water head pressure. Based on the signal of the pressure sensor 87p, the amount of water present in the passage portion 8m from the height position of the pressure sensor 87p to the inlet port 2i of the evaporation unit 2 in the water supply passage 8 is detected.

例えば、圧力センサ87pの出力値が所定値(例えば0.1kPa)以下のときには、制御部100は、給水通路8において圧力センサ87pよりも上側には水が存在しないと判定する。制御部100は、正モードにおいて、圧力センサ87pの出力が所定値(例えば0.1kPa)よりも低い圧力値から、所定値(例えば0.1kPa)を高圧側に超えた時刻t1を求める。時刻t1は、給水通路8において、水が圧力センサ87pのセンサ検知部と同じ高さ位置(蒸発部2の入口ポート2iの直前の高さ位置に相当)に到達した時刻を意味する。従って、制御部100は、時刻t1から、駆動時間tc分、モータ82およびポンプ80を逆モードで駆動させれば、給水通路8内の水の全部をタンク4に戻すことができる。   For example, when the output value of the pressure sensor 87p is equal to or less than a predetermined value (for example, 0.1 kPa), the control unit 100 determines that there is no water in the water supply passage 8 above the pressure sensor 87p. In the positive mode, the control unit 100 obtains a time t1 when the output of the pressure sensor 87p exceeds a predetermined value (for example, 0.1 kPa) to the high pressure side from a pressure value lower than the predetermined value (for example, 0.1 kPa). Time t1 means the time at which water reaches the same height position as the sensor detection part of the pressure sensor 87p (corresponding to the height position immediately before the inlet port 2i of the evaporation part 2) in the water supply passage 8. Therefore, the controller 100 can return all the water in the water supply passage 8 to the tank 4 by driving the motor 82 and the pump 80 in the reverse mode for the drive time tc from the time t1.

[実施形態9]
本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1を準用する。前述したように、凍結抑制処理におけるモータ82(ステッピングモータ82s)の回転速度について、正モード時の回転速度をVaとし、逆モード時の回転速度をVcとするとき、Va<Vcにできる。この場合、給水通路8内に保持されている水の熱は給水通路8の内壁面に奪われる。よって給水通路8内の水は次第に冷える。そこで制御部100は、給水通路8内に保持されている水をタンク4に速やかに戻し、タンク4で速やかに昇温させることができる。
[Embodiment 9]
Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIG. 1 is applied mutatis mutandis. As described above, the rotation speed of the motor 82 (stepping motor 82s) in the freeze suppression process can be set to Va <Vc when the rotation speed in the normal mode is Va and the rotation speed in the reverse mode is Vc. In this case, the heat of the water held in the water supply passage 8 is taken away by the inner wall surface of the water supply passage 8. Therefore, the water in the water supply passage 8 is gradually cooled. Therefore, the control unit 100 can quickly return the water held in the water supply passage 8 to the tank 4 and quickly raise the temperature in the tank 4.

[その他]本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。加熱部40はタンク4に設けられているが、これに限らず、凝縮水通路42に設けられていても良い。燃料電池1は、場合によっては、PEFCとも呼ばれる固体高分子形燃料電池(運転温度:例えば70〜100℃)でも良いし、PAFCとも呼ばれるリン酸形燃料電池でも良く、リン酸を含有する電解質膜を用いる燃料電池でも良く、他のタイプの燃料電池でも良い。要するに、気相または液相の燃料を水蒸気改質させる水蒸気を原料水から形成する蒸発部を有する燃料電池システムであれば良い。   [Others] The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention. The heating unit 40 is provided in the tank 4, but is not limited thereto, and may be provided in the condensed water passage 42. The fuel cell 1 may be a polymer electrolyte fuel cell (operating temperature: for example, 70 to 100 ° C.) called PEFC or a phosphoric acid fuel cell called PAFC depending on the case, and an electrolyte membrane containing phosphoric acid. May be used, or other types of fuel cells may be used. In short, any fuel cell system may be used as long as the fuel cell system has an evaporating section that forms, from raw material water, water vapor that reforms vapor phase or liquid phase fuel.

上記した記載から次の技術的思想が把握される。   The following technical idea can be understood from the above description.

[付記項1]アノード流体およびカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、蒸発部で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部と、蒸発部に供給される水を溜めるタンクと、タンクに供給される水またはタンクに貯留されている水を加熱させる加熱部と、タンクと蒸発部とを連通させタンク内の水を蒸発部に供給させる給水通路と、給水通路に設けられタンク内の水を蒸発部に搬送させる水搬送源と、水搬送源を制御する制御部とを具備する燃料電池システム。この場合、温度センサで検知する温度が第1閾値温度T1よりも高いとき、制御部は、水搬送源を逆モードとして駆動させることにより給水通路内の原料水を減少または空状態にさせてタンク内に戻すことができる。また、温度センサで検知する温度が第2閾値温度T2(T2<T1)以下であるとき、凍結が発生するおそれがあると判定されるため、水搬送源の正モードおよび逆モードを交互に実行させ、タンク内の原料水を給水通路において往復移動させて給水通路の凍結を抑える凍結抑制処理を実行することが好ましい。また、給水通路のうち蒸発部と水搬送源との間の通路部分における原料水の存在を検知するための水センサが設けられていることが好ましい。この場合、制御部は、凍結抑制処理において、水搬送源を駆動させるとき水センサからの信号に基づいて水搬送源の正モードおよび逆モードを切り替えることが好ましい。   [Additional Item 1] A fuel cell that generates electricity by supplying an anode fluid and a cathode fluid, an evaporation unit that evaporates water to generate water vapor, and reforms fuel using the water vapor generated in the evaporation unit to improve the anode A reforming unit that forms a fluid, a tank that stores water supplied to the evaporation unit, a heating unit that heats water supplied to the tank or water stored in the tank, and the tank and the evaporation unit communicate with each other. A fuel cell system comprising: a water supply passage for supplying water in the tank to the evaporation section; a water transfer source provided in the water supply path for transferring water in the tank to the evaporation section; and a control section for controlling the water transfer source. In this case, when the temperature detected by the temperature sensor is higher than the first threshold temperature T1, the control unit drives the water conveyance source in the reverse mode to reduce or empty the raw material water in the water supply passage. Can be brought back in. In addition, when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than the second threshold temperature T2 (T2 <T1), it is determined that there is a possibility of freezing, so the forward mode and the reverse mode of the water conveyance source are alternately executed. It is preferable to execute a freezing suppression process in which the raw water in the tank is reciprocated in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage. Moreover, it is preferable that the water sensor for detecting presence of the raw material water in the channel | path part between an evaporation part and a water conveyance source among water supply paths is provided. In this case, it is preferable that the control unit switches between the normal mode and the reverse mode of the water conveyance source based on a signal from the water sensor when the water conveyance source is driven in the freeze suppression process.

1は燃料電池、10はアノード、11はカソード、2Aは改質器、2は蒸発部、3は改質部、4はタンク、40は加熱部、5はケース、57は温度センサ、6は燃料通路、70はカソード流体通路、73はアノード流体通路、75は排ガス通路、77は貯湯槽、8は給水通路、8mは通路部分、80はポンプ(水搬送源)、82はモータ、82sはステッピングモータ(モータ)、87は水センサ、87pは圧力センサ(水センサ)、100は制御部を示す。   1 is a fuel cell, 10 is an anode, 11 is a cathode, 2A is a reformer, 2 is an evaporation unit, 3 is a reforming unit, 4 is a tank, 40 is a heating unit, 5 is a case, 57 is a temperature sensor, 6 is Fuel passage, 70 is cathode fluid passage, 73 is anode fluid passage, 75 is exhaust gas passage, 77 is hot water storage tank, 8 is water supply passage, 8m is passage portion, 80 is pump (water conveyance source), 82 is motor, 82s is A stepping motor (motor), 87 is a water sensor, 87p is a pressure sensor (water sensor), and 100 is a control unit.

Claims (5)

アノード流体およびカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、前記蒸発部で生成された前記水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部と、前記蒸発部に供給される原料水を溜めるタンクと、前記タンクに供給される前記原料水または前記タンクに貯留されている前記原料水を加熱させる加熱部と、前記タンクと前記蒸発部とを連通させ前記タンク内の原料水を前記蒸発部に供給させる給水通路と、前記給水通路に設けられ正回転により前記タンク内の水を前記蒸発部の入口ポートに向けて搬送させる正モードと逆回転により前記給水通路の水を前記タンク内に戻す逆モードとに切り替え可能な水搬送源と、前記水搬送源を制御する制御部と、環境温度を検知するための温度センサとを具備しており、
前記制御部は、前記給水通路および前記水搬送源のうちの少なくとも一方において凍結が発生するおそれがあるとき、または、凍結が開始されているとき、前記水搬送源の前記正モードおよび前記逆モードを交互に実行させ、前記タンク内の原料水を前記給水通路において往復移動させて前記給水通路の凍結を抑える凍結抑制処理を実行する燃料電池システム。
A fuel cell that is supplied with an anode fluid and a cathode fluid to generate electricity, an evaporation unit that evaporates raw water to generate water vapor, and reforms fuel using the water vapor generated in the evaporation unit to produce an anode fluid A reforming unit to be formed, a tank for storing raw water supplied to the evaporation unit, a heating unit for heating the raw water supplied to the tank or the raw water stored in the tank, and the tank And a water supply passage for communicating raw water in the tank to the evaporation portion by communicating with the evaporation portion, and transporting water in the tank toward the inlet port of the evaporation portion by forward rotation provided in the water supply passage A water conveyance source that can be switched to a normal mode for causing the water supply passage water to return to the tank by reverse rotation, a control unit that controls the water conveyance source, and detecting an environmental temperature. And comprising a temperature sensor because,
When the control unit is likely to freeze in at least one of the water supply passage and the water conveyance source, or when freezing is started, the normal mode and the reverse mode of the water conveyance source Are alternately executed, and the fuel cell system executes a freezing suppression process for suppressing the freezing of the water supply passage by reciprocating the raw water in the tank in the water supply passage.
請求項1において、前記制御部は、前記凍結抑制処理の開始時において、正モードよりも逆モードを優先させ、前記水搬送源を前記逆モードとして駆動させることにより前記給水通路内の原料水を空状態にさせて前記タンク内に戻す戻し処理を実行する燃料電池システム。   In Claim 1, the said control part gives priority to a reverse mode over a normal mode at the time of the start of the said freeze suppression process, and drives the said water conveyance source as the said reverse mode, and makes raw material water in the said water supply channel | path A fuel cell system that performs a return process that is emptied and returned to the tank. 請求項1または2において、前記制御部は、前記温度センサで検知する温度が第1閾値温度T1(T1≦5℃)以下であるとき、前記水搬送源を前記逆モードとして駆動させることにより前記給水通路内の原料水を減少または空状態にさせて前記タンク内に戻し、
前記温度センサで検知する温度が第2閾値温度T2(T2<T1)以下であるとき、凍結が発生するおそれがあると判定し、前記水搬送源の前記正モードおよび前記逆モードを交互に実行させ、前記タンク内の前記原料水を前記給水通路において往復移動させて前記給水通路の凍結を抑える前記凍結抑制処理を実行する燃料電池システム。
3. The control unit according to claim 1, wherein when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than a first threshold temperature T <b> 1 (T <b> 1 ≦ 5 ° C.), the control unit drives the water conveyance source as the reverse mode. The raw water in the water supply passage is reduced or emptied and returned to the tank,
When the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than a second threshold temperature T2 (T2 <T1), it is determined that there is a risk of freezing, and the forward mode and the reverse mode of the water conveyance source are alternately executed. A fuel cell system that performs the freeze suppression process for reciprocating the raw water in the tank in the water supply passage to suppress freezing of the water supply passage.
請求項1〜3の何れか一項において、前記給水通路のうち前記蒸発部と前記水搬送源との間の通路部分における原料水の存在を検知するための水センサが設けられており、前記制御部は、前記凍結抑制処理において、前記水搬送源を駆動させるとき前記水センサからの信号に基づいて前記水搬送源の前記正モードを停止させる燃料電池システム。   In any one of Claims 1-3, the water sensor for detecting presence of the raw material water in the channel | path part between the said evaporation part and the said water conveyance source is provided in the said water supply path, In the freezing suppression process, the control unit stops the normal mode of the water conveyance source based on a signal from the water sensor when the water conveyance source is driven. 請求項1〜4の何れか一項において、前記制御部は、前記給水通路に凍結が発生していると判定するとき、前記正モードおよび逆モードを繰り返して複数回実行し、前記正モードの実行回数が増加するにつれて前記加熱部の単位時間あたりの発熱量を初期よりも段階的にまたは連続的に増加させることにより前記タンク内の原料水を昇温させる燃料電池システム。   In any one of Claims 1-4, when the said control part determines with freezing having generate | occur | produced in the said water supply channel | path, it repeats the said normal mode and reverse mode, and is performed in multiple times, The said normal mode The fuel cell system which raises the temperature of the raw material water in the tank by increasing the heat generation amount per unit time of the heating unit stepwise or continuously from the initial stage as the number of executions increases.
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